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2021 年观察到的长时间伽马射线暴迫使科学家们创建一个新的地层模型。

一个国际天体物理学家团队报告发现了一种独特的宇宙伽马射线暴 (GRB)，它推翻了目前关于剧烈宇宙爆炸如何形成的理论。这种特殊的爆发导致了针对某些类型的伽马射线爆发的新提议模型或源。

这项名为“具有特殊起源的长时间伽马射线爆发”的研究发表在《自然》杂志上。

什么是伽马射线暴，它是如何形成的?

伽马射线暴是明亮而剧烈的爆炸，预示着恒星的死亡或恒星残余物的碰撞。通常，观测到的伽马射线暴可分为两类，即短持续时间或长持续时间的 GRB。

长伽马射线暴是由大质量恒星死亡形成的，通常与称为超新星的明亮光学瞬变有关。短伽马射线暴起源于两颗中子星或一颗中子星与一个黑洞的碰撞，持续时间不到两秒。这些伽马射线暴与称为千新星的更微弱的光学瞬变有关。

多年来，伽马射线暴一直能够轻松地归入这些类别。然而，随着独特的伽马射线爆发的发现，这种情况将发生变化。

探测独特的伽马射线暴

2021 年 12 月 11 日，一次伽马射线暴触发了太空中的多个伽马射线探测器，包括美国宇航局的费米伽马射线望远镜和尼尔·盖瑞尔斯·斯威夫特天文台。这个 GRB，据报道持续时间约为 70 秒，通常被视为一次正常的长伽马射线暴。然而，随着来自美国和欧洲的多个团队的投入，一个令人惊讶的签名被发现了。

“这个 GRB 包括两个部分：一个 13 秒长的硬尖峰和一个 55 秒的软扩展发射，”UNLV 校友和研究通讯作者、目前在中国南京大学工作的张斌斌说。“13 秒硬尖峰的持续时间应该已经将这次爆发完全排除在短 GRB 类别之外。”

该观测结果与通常与短 GRB 相关的千新星并没有像预期的那样显示出一颗更亮的超新星，而是与一颗千新星一致。

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该论文的共同通讯作者、UNLV 天体物理学教授张兵说：“这种奇特的 GRB 是有史以来首次发现。” “这一发现不仅挑战了我们对 GRB 起源的理解，还要求我们考虑一些 GRB 形成的新模型。”

开发新的编队模型

研究人员认为，这种被称为 GRB 211211A 的独特 GRB 很可能是通过中子星和白矮星之间的碰撞——WD-NS 合并形成的。

白矮星是地球大小的天体，是由低质量恒星死亡形成的——这些恒星的质量小于我们太阳的八个左右。当质量在 8 到 20 个太阳之间的更大质量的恒星消亡时，中子星就会形成。当更大的恒星死亡时，就会形成黑洞。

大质量、低密度恒星形成持续时间长的伽玛暴，而高密度恒星(包括中子星)形成持续时间短的伽玛暴。据张说，白矮星具有中等密度，使它们成为 2021 年发现的伽马射线爆发类型的理想起源。这是因为它显示出持续时间长而没有大质量恒星的参与。

“尽管每年观测到的 GRB 数量相对较多，但 GRB 211211A 的独特特征突破了我们当前分类系统的极限，需要一种新的思维方式，”张说。“经过仔细审查，唯一合理的合并情景是白矮星和中子星的合并。”

研究人员开发了一个详细的模型来解释 GRB 211211A 观察到的奇特的千新星特征。人工智能随后发现，如果 WD-NS 合并留下一颗快速旋转的中子星(称为磁星)，则磁星注入的能量与爆发期间抛出的物质的核反应能量相结合，可以解释千新星观察到 GRB 211211A 的发射。