伽马射线暴是如何产生的？读完这篇文章或许你会找到答案

网友提问 ：在关于伽马射线暴的新闻中，我了解到目前人们的的看法是：它们是由超大型恒星变成超新星引起的，但其核心却坍塌成黑洞而不是中子星。伽马射线需要多大质量的恒星才能实现这一点？10倍太阳的质量？20 倍？或者更多？

在过去的几年里，已有确凿的证据表明至少有一些伽马射线暴与超新星有关。一些伽马射线暴被观察到在较长的波长中有“余辉”——也就是说，首先你会观察到伽马射线，然后是x射线，然后是紫外线，然后是可见光。超新星通常由它们的光学“光变曲线”来识别，也就是光随时间变化的方式。当天文学家记录了一些伽马射线暴的余辉并在光变曲线中看到了超新星的清晰特征时，确凿的证据出现了。

这绝对是个大事件，因为还有别的理论听起来也很有说服力。当然，这并不意味着所有的伽马射线暴都是由超新星引起的——伽马射线暴因其自身光变曲线的易变性而臭名昭著，有时甚至看起来像是关掉然后又以一种奇怪的方式重新打开。

图解：s02e086 伽马射线暴——2049日报

引起伽马射线暴的超新星是一种特殊的超新星，它们被称为超超新星，这种超新星在“沃尔夫-拉叶”恒星死亡的时候诞生。沃夫-拉叶星温度极高且质量极大，偶尔还会剥离它们的外壳。诞生时，一颗“沃尔夫-拉叶”恒星的质量大约是20-30个太阳的质量，但死亡时，它的质量将下降到大约10个太阳的质量。超超新星与普通超新星的区别在于它所获得的额外冲击不同。

超超新星内核坍缩形成黑洞，然后向外喷射物质（这是另外一个谜——但喷流需要在那里带走角动量并防止黑洞旋转过快）。然后这些喷流猛烈撞击恒星的外层物质，产生极高的温度并发射出伽马射线。随着喷流离黑洞越来越远，它们遇到的物质密度也越来越小，因此它们发出的辐射能量越来越低，波长也越来越长——这就是我之前提到的余辉辐射。

图解：伽马射线暴

图解：这张伽马射线暴的X射线余辉由NASA（美国宇航局）的钱德拉X射线天文台于2001年7月12日拍摄，图源：NASA/GETTY IMAGES

伽马射线暴也可以来自于中子星的合并。中子星体积非常小，密度却非常大（大约一个城市的大小，但是却有着一个太阳的质量），所以你可以想象两个中子星相撞会释放出大量的能量！中子星的合并已经被预测为短伽马射线的爆源（伽马射线暴只有不到两秒的时间），但直到2018年,激光干涉引力波天文台（LIGO）才探测到两颗中子星合并产生的引力波，同时费米卫星探测到了伽马射线暴，证实了中子星合并可以产生短伽马射线暴。

图解：双中子星合并引力波

相关知识延伸阅读

在伽玛射线天文学中，伽玛射线暴（GRBs）是在遥远的星系中观察到的一种能量极高的爆炸现象。它们是宇宙中已知的最明亮的电磁事件。其爆发可以持续10毫秒到几个小时。在最初的伽玛射线闪光之后，存在时间更长的“余辉”通常以较长的波长发射出来（比如X射线、紫外线、光学、红外线、微波和无线电）。

图解：超新星爆炸会产生强大的辐射闪光,也被称为伽马射线发作。

大多数观测到的伽马射线的强烈辐射被认为是超新星或者超亮超新星作为大质量恒星内爆形成中子星或黑洞的时侯释放出来的。

超新星爆发后形成中子星或黑洞，从而出现的明亮x射线源。

伽马射线暴的一个子类——“短”爆发，似乎来自巨新星（双中子星合并）。在这些“短爆发”中观察到爆发的原因可能是因为恒星的外壳和内核之间的共振，由于巨大的潮汐力它们在短短几秒钟内就经历了猛烈碰撞，进而导致了整个恒星的外壳破裂。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. 停云- Sara Slater

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全球各大天文台集体卖关子，今晚将有什么大事发生

引力波是通过LIGO探测器发现的：

引力波本质上是空间的形变在传播。如果引力波传到地球，我们会在一个方向上被拉伸，在另一个方向上被挤压。LIGO计划就是要测量这种效应。LIGO有两条长臂，相互垂直。每条臂长达4公里。LIGO的长臂实际上是高度真空的长管。在每条长臂的两段悬挂着直径34厘米的反射镜，LIGO探测器利用激光干涉，不间断的测量每对反射镜之间的距离。

LIGO探测器一共的建成了两座，分别位于美国的华盛顿州和路易斯安那州，两地相距3000公里。引力波以光速传播，因此如果一束可探测的引力波扫过地球，两座LIGO探测器探测到信号的时间将有10毫秒量级的时间差。精确测量这个时间差可以帮助研究者确定引力波发出的方向。

引力波的作用：

1、理论上：引力的研究非常困难。在我们日常接触的大多数领域，广义相对论效应并不明显。我们至今只能通过天体运动，光线弯折等有限的方法研究引力。而这些方法仍然只能探测较弱的引力场，远远触及不到黑洞视界附近最为扭曲的空间。而引力波探测将打开一扇新的窗子，帮助人们了解空间最扭曲部分的动态变化——这种动态过程被基普·索恩称作几何动力学过程——使人们以前所未有的精度理解广义相对论（或者证伪它）。

2、宇宙中：如果没有引力波，目前所有天体的排布会全乱套，宇宙可能也不复存在。

3、近期作用：多了一种探测宇宙、研究基本物理的方法。

4、远期作用：对发现暗物质、暗能量可能会有帮助；也可能有助于人类理解、实践时空穿梭（或证明不可行）。

北京时间10月16日22时，在整个天文学界因一则重磅预警“炸锅”后，吊足胃口的美国国家航空航天局（NASA）、欧洲南方天文台、南京紫金山天文台、英国科技设备委员会、法国国家科学研究中心等全球数十家科学机构终于联合宣布了重大成果：从约1.3亿光年外，科学家们首次探测到壮丽的双中子星并合产生的引力波，及其光学对应体。

该成果由美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）和欧洲“处女座”（Virgo）引力波探测器及全球其他70个地面及空间望远镜共同完成的。相关论文发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）、《自然》等期刊上。

LIGO团队在2016年2月正式宣布成功探测到由双黑洞并合产生的引力波，完成了爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图，由此众望所归地捧走了今年的诺贝尔物理学奖。然而，这次全球共同完成对同一个天文事件的引力波与电磁波的首次联合观测，才正式标志着天文物理掀开多信使时代的新一页。

清华LIGO科学合作组织工作组负责人曹军威向澎湃新闻介绍，之前LIGO和Virgo探测到4次来自双黑洞的引力波信号，在LIGO探测器的敏感频段内只能持续不到一秒的时间，然而，在8月17日探测到的这个持续了100秒，并且扫过了LIGO的整个灵敏频段——这个频段与一个普通乐器能产生的声波频段几乎相同。科学家们可以识别这个天体源的质量远比迄今观测到的所有黑洞的质量都要小得多。

LIGO的数据指向了两个距离地球1.3亿光年的相互旋进的天体。数据显示这个天体系统的质量没有双黑洞大，估计为1.1~1.6倍太阳质量，恰好是中子星的质量范围。对于噪音背景的分析显示，这种强度的信号是由一致性随机噪音产生的概率低于每8万年一次。

引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。时间和空间会在质量面前弯曲，时空在伸展和压缩的过程中，会产生振动传播开来，这些振动就是引力波。我们在地球上随时随地都可能遭遇来自宇宙中各种源头的引力波：两个黑洞并合、碰撞；中子星旋转、并合；超新星核塌缩等。

LIGO团队此前探测到的4次引力波事件，均由双黑洞形成。全世界都在期待，中子星能出现在引力波事件中。

恒星演化到末期，经由引力探索发生超新星爆炸，根据质量的不同，内核可能被压缩成白矮星、中子星或黑洞。中子星几乎完全由中子构成，是目前已知的最小、致密的恒星。一小勺中子星物质就可能重达10亿吨。双中子星系统在围绕中心旋转的过程中会不断放出引力波，导致系统能量降低，轨道缩小，并最终撞在一起，释放出强烈的引力波。在最终并合前的100秒以内发出的引力波信号正好位于激光干涉仪的灵敏频段内，因此有机会被观测到。

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