NASA的费米望远镜发现了迄今为止最亮的伽马射线暴的新特征
2022年10月，天文学家迅速被称为BOAT的有史以来最亮的伽马射线暴（GRB）震惊了。现在，一个国际科学团队报告称，来自NASA的费米伽马射线太空望远镜的数据显示出一个前所未见的特征。
迄今为止记录的最亮伽马射线暴给科学家提供了一个新的高能特征供研究。了解NASA的费米任务观察到了什么，以及这个特征可能告诉我们关于射线暴的光速喷流的信息。
影像来源：NASA’s Goddard Space Flight Center
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“BOAT爆发几分钟后，费米的伽马射线暴监测仪记录到一个不寻常的能量峰值，引起了我们的注意。”荷兰奈梅亨内梅亨大学的首席研究员玛丽亚·埃德维奇·拉瓦西奥（Maria Edvige Ravasio）说，该大学隶属于意大利梅拉特国家天体物理研究所（INAF）的布雷拉天文台。“当我第一次看到这个信号时，我的鸡皮疙瘩都起来了。我们此后的分析表明，这是我们在研究伽马射线暴的50年历史中首次看到的高可信度发射谱线。”
这项发现的论文发表在7月26日的《科学》杂志上。
当物质与光相互作用时，能量可以以特定的方式被吸收和重新释放。这些相互作用可以使特定的颜色（或能量）变亮或变暗，当光被扩散成彩虹状的光谱时，关键特征就会显现出来。这些特征可以揭示大量的信息，例如参与相互作用的化学元素。在更高的能量下，光谱特征可以揭示特定的粒子过程，例如物质和反物质湮灭产生伽马射线。
“尽管之前有一些研究报告可能存在其他伽马射线暴中的吸收和发射特征的证据，但随后的仔细研究发现，所有这些都可能只是统计波动。而在BOAT中，我们看到的是不同的情况。”意大利米兰INAF布雷拉天文台的共同作者奥姆·莎兰·萨拉菲亚（Om Sharan Salafia）说道。“我们已经确定，这种特征是噪音波动的可能性不到5亿分之一。”
在这幅艺术家的概念图中，一束以接近光速的速度从一颗巨大的恒星中喷射出来的粒子。恒星的核心耗尽了燃料，坍缩成一个黑洞。向黑洞旋转的部分物质被重新引导形成两个相反方向喷射的射流。当其中一个喷流恰好直接指向地球时，我们就会看到伽马射线暴。
影像来源：NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
伽马射线暴是宇宙中最强大的爆炸，释放出大量的伽马射线，这是光的最高能量形式。最常见的类型发生在大质量恒星的核心耗尽燃料，坍塌并形成快速旋转的黑洞时。落入黑洞的物质为方向相反的粒子喷流提供能量，这些粒子喷流以接近光速的速度穿过恒星的外层。当其中一个喷流几乎直接指向地球时，我们就能探测到伽马射线暴。
BOAT的正式名称为GRB 221009A，于2022年10月9日爆发，并迅速饱和了轨道上的大多数伽马射线探测器，包括费米上的探测器。这使得他们无法测量爆炸最强烈的部分。重建的观测数据，结合统计论证，表明如果BOAT属于之前探测到的伽马射线暴的同一族群，那么它很可能是一万年来地球天空中出现的最亮的爆发。
假定的发射谱线在爆发被探测到后大约5分钟出现，并在它变暗到足以结束费米探测器饱和效应之后。该发射谱线持续了至少40秒，发射的能量达到约12 MeV（百万电子伏特）。相比之下，可见光的能量范围在2至3电子伏特之间。
那么是什么产生了这个光谱特征呢？研究团队认为最可能的源头是电子与其反物质对应物正电子的湮灭。
“当一个电子和一个正电子碰撞时，它们会湮灭，产生一对能量为0.511 MeV的伽马射线。”意大利拉奎拉的格兰萨索科学研究所和格兰萨索国家实验室的戈尔·奥加内斯扬（Gor Oganesyan）说。“由于我们观察的是物质以接近光速运动的喷流，这种发射变得非常蓝移，并被推向更高的能量。”
如果这种解释是正确的，为了产生一个峰值能量为12 MeV的发射谱线，湮灭的粒子必须以99.9%的光速向我们运动。
“经过几十年对这些不可思议的宇宙爆炸的研究，我们仍然不了解这些喷流是如何工作的细节。”马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的费米项目科学家伊丽莎白·海斯（Elizabeth Hays）指出。“发现这样一个引人注目的发射谱线将帮助科学家更深入地研究这种极端的环境。”
费米伽马射线太空望远镜是由戈达德管理的一个天体物理学和粒子物理学合作项目。费米望远镜是与美国能源部合作开发，法国、德国、意大利、日本、瑞典和美国的学术机构和合作伙伴也做出了重要贡献。