迄今最大伽马射线爆发 不会烤焦地球或让地球爆炸

2014-1-26 09:34 来源: 中国科技网-科技日报
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  前不久有消息称,美国国家航空航天局(NASA)、阿拉巴马大学汉兹维尔分校(UAH)等多加机构研究人员观察到了迄今最大伽马射线爆发。人们可能会对此紧张不安,担心来自太空的大量伽马射线会让地球爆炸,或把地球烤焦,使地球上的生物走向毁灭。不过,最新研究分析表明,这种担心是不必要的。

  这次是迄今最大伽马射线爆发

  去年4月27日,遥远星系中一颗濒死恒星发出了一股明亮的光,成为全世界天文学家关注的焦点——这是一次伽马射线爆发(gamma-ray burst,GRB),被称为GRB 130427A,也是有记录以来最大的一次爆发,耀斑亮度为有史第二。

  NASA的费米伽马射线太空望远镜拍到了它发出的伽马射线的最初的波,仅在爆发的前3秒,就出现了“巨大的爆发”。雨燕伽马射线探测器也几乎同时探测到了这一爆发,并迅速向地面观察站传达了它的位置。

  研究人员称,他们探测到一个耀斑,峰值达到天文学亮度级别的7级,耀斑亮度为迄今伽马射线爆发的第二,即使用双筒望远镜也很容易看到。根据费米大区望远镜(LAT)的探测,伽马射线达到95Gev。但耀斑亮度与高能伽马射线之间的关系,却与理论预期不符。

  不会烤焦地球

  由于伽马射线爆发而把地球烤焦的可能性很小。研究人员解释说,去年4月份伽马射线大爆发时,地球确实位于冲击的中心,我们正对着直接冲击。但塌缩的恒星产生的爆炸离我们非常遥远,到达地球时已经变得很微弱。这些爆炸是大爆炸后早期宇宙形成的一部分,这部分区域有大量更轻的元素。而在离地球近的地方,有大量更重的元素会遏制恒星塌缩。

  费米伽马射线爆发监测仪(GBM)主要研究员迈克尔·布里格斯说:“我们的观察显示,在目前宇宙中,伽马射线爆发并不普遍。”

  另一位研究员迈克尔·伯吉斯也说:“这些爆炸发生在更年轻的星系,而我们处在目前宇宙中最老的星系。因为当你仰望太空向深处看,就是在沿时间之流向过去看。”所以任何外面的爆发,都来自极其遥远的地方,等它经历了极漫长时间到达地球时,爆炸威力早已所剩无几。

  相关恒星非常巨大。伽马射线爆发研究负责人罗伯·普利斯说,我们能事先看到大量警兆,“我们能清楚看到它们吹出的风在前进,并能事先知道这些风要去哪儿”。恒星事件产生的伽马射线爆发更像是步枪,而不是散弹猎枪。只要不是离它很近,并且不是直接位于弹道轨迹上,都不会有事。

  事实上,研究人员同时也在观察一颗离地球更近的名为Eta Carinae的恒星,这颗恒星被称为超超巨星,有可能会塌缩产生伽马射线爆发。“但它对我们的伤害却被定在5级以内。”普利斯说,虽然这些事件在宇宙中经常发生,但在每个星系发生的概率只不过“每百万年一次”。

  奥陶纪生物大灭绝

  最近一个新理论提出,伽马射线爆发导致了地球历史上一场大规模的灭绝,即4.5亿年前的奥陶纪大灭绝,比恐龙灭绝那次要严重的多,当时三分之二左右的物种毁于一旦。

  伽马射线“袭击”地球时,会破坏地球大气层平流层的分子结构,形成新的氮氧化物,使得地球被一层“棕褐色的烟雾”包围,臭氧层也遭到严重破坏。这时,紫外线强度比正常情况要强至少50倍,足以使地表生物丧命。这一时期,大多数生活在地表或接近地表的生物,尤其是海洋浅水生物几乎都灭绝了,而深水生物则幸免于难,这也是“伽马射线说”的有力佐证。伽马射线的第二个影响是,大量氮氧化物使地球大气层温度下降,地表降温,进而导致冰期的来临。在这次生物大灭绝之前,地球上“超乎寻常的温暖”。

  但也有科学家认为,用伽马射线来解释奥陶纪生物灭绝现象,这种说法还有待于进一步检验。

  探索爆发原因

  伽马射线爆发的起源和进化是科学家感兴趣的,其中一个原因是,在大爆炸时有许多类似的事件,理解这些现象会为我们研究宇宙起源提供线索。

  当一颗恒星塌缩时,其景观看起来就像用咖啡棒搅拌咖啡,搅拌的中心是颗黑洞,除此之外科学家不知道更多的信息。这种搅拌会产生强大的能量流,即伽马射线爆发。伽马射线爆发也是宇宙中最明亮的爆发。

  科学家认为,伽马射线爆发是在一颗大质量恒星的内核用光了核燃料时引发的,其内核在自身重力下发生塌缩形成一个黑洞,然后黑洞发动了粒子喷射,一路旋转着穿过正在垮塌的恒星,以近乎光速喷入太空。伽马射线是能量最高的光。围绕着黑洞的热物质和喷射范围内的垮塌所产生的内部冲击波,被认为是发出高能(百万电子伏特级)伽马射线的辐射源,这些射线的能量大约是可见光的50万倍。科学家认为,当喷射猛烈撞击它周围的物质时,发出了伽马射线,形成了外部冲击波。

  挑战现有理论

  阿拉巴马大学汉兹维尔分校研究人员称,他们探测到伽马射线爆发就像蛋糕外面结了一层冰霜。但用数学模型来检验时,却与费米大太空望远镜(Fermi Large Space Telescope)传感器获取的真实数据不符。

  “我们以为,这种耀斑的可见光来自内部冲击波,但这次爆发显示,它一定是来自外部冲击波,产生了能量最高的伽马射线。”费米小组成员、马里兰大学的希尔维亚·朱说。

  对一次伽马射线爆发而言,它是相对较近的,它的光旅行了38亿年到达地球,但这一距离只有通常伽马射线爆发的1/3左右。意大利雨燕小组布雷拉观测台的吉安佩罗·泰利亚弗利说:“但根据雨燕和地面望远镜的详细观察,清晰显示GRB 130427A的性质更像通常距离的爆发,而不是离得这么近。”

  “我们还未真正弄清楚产生伽马射线的原因。我们以为自己知道,认为这是由于恒星塌缩。”伯吉斯说,他和普利斯开发出了一些模型,用以测算伽马射线波谱,这些波谱有助于深入理解爆炸的起源,他们称之为喷射。“两年来,我们检测到了各种各样的爆发,然后,这次爆发发生了,这对我们的研究来说真是太好了。这些伽马射线暴风,是自大爆炸以后宇宙中发生的最激烈事件。我们正在研究爆发是怎样产生的,这会为我们打开一扇窗,看到它们是从喷射的什么地方产生的。”