新研究表明伽马射线暴可以由大规模有序磁场提供动力

来源:科技日报

恒星爆炸产生伽马射线暴的驱动因素是长期存在的谜题,日,由英国巴斯大学领导的国际科学家团队测量了伽马射线暴的磁场,首次证实了长达数十年的理论预测:在喷射出的物质撞击并冲击周围介质后,这些冲击波中的磁场会变得混乱。这项新研究表明,最强大的伽马射线暴可以由大规模有序磁场提供动力。研究成果发表在16日的英国《皇家天文学会月刊》上。

当遥远星系中的一颗大质量恒星(至少比太阳大40倍)死亡时,在爆炸之后会产生冲击波,并以接光速的速度旋转形成黑洞,这一过程能量极高,会向外“喷出”所有物质,也会产生极其明亮的伽马射线暴。

当旋转的黑洞形成时,磁场扭曲成螺旋形,可以聚焦和加速喷出物质的运动。我们无法直接看到磁场,但它们的特征体现在围绕磁场线旋转的带电粒子(电子)产生的光中。

此次,巴斯团队对伽马射线暴141220A进行了分析,通过测量光的一种特殊质——偏振,直接探测了驱动爆炸的磁场的物理质。

研究人员预测,当膨胀的激波锋与周围的恒星碎片碰撞时,任何原始磁场最终都会被摧毁。根据预测,在大尺度原始场仍然完整并驱动物质外流的情况下,在爆发后不久就会有高水的偏振(>10%)的光。随后,由于光场在碰撞中被打乱,光应该基本上不会偏振。

巴斯大学天体物理学系主任、伽马射线专家卡罗尔·蒙代尔教授的团队在爆炸几分钟后首次发现了高度偏振的光,这证实了具有大规模结构的原始磁场的存在。但事实证明,正向冲击扩大的前景更具争议。

另一个团队在较慢的时间(从爆发后数小时到一天)观察到,伽马射线暴的偏振水非常低,这表明:恒星的磁场早已被摧毁,但无法说出何时或如何摧毁。相比之下,一组日本天文学家称,在伽马射线暴中发现了10%的偏振光。研究人员认为,这可以用原始磁场在冲击波中被摧毁之前产生的偏振光来解释。

在新论文中,蒙代尔团队报告说,在141220A爆炸仅90秒后,就发现了前激波光中极低的偏振。研究小组使用了全自动机器人利物浦望远镜和新型RINGO3偏振仪实现了超高速观测。RINGO3偏振仪记录了伽马射线暴的颜色、亮度、偏振度和衰减率。综合这些数据,研究小组能够证明:光线是由正向激波发出的;磁场长度比日本团队推断的要小得多;爆炸很可能是由黑洞形成的最初时刻有序磁场的崩塌所驱动的。

“这一结果解决了这些极端宇宙爆炸的一个长期难题。”蒙代尔说,“我们现在需要探测这些爆炸的最早时刻,捕捉显著的爆炸,并将研究放到更广泛的背景下,即对极端宇宙进行实时多信使跟踪。”

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