尖端的計(jì)算機(jī)模擬與理論計(jì)算相結(jié)合，正在幫助天文學(xué)家更好地了解宇宙中一些最具能量和神秘的光秀——伽馬射線暴(GRB)的起源。新的統(tǒng)一模型證實(shí)，一些持久的伽瑪暴是在宇宙合并之后產(chǎn)生的，宇宙合并產(chǎn)生了一個(gè)被巨大的誕生物質(zhì)盤包圍的嬰兒黑洞。

天文學(xué)家此前認(rèn)為，產(chǎn)生長(zhǎng)伽瑪暴的黑洞通常是在大質(zhì)量恒星坍塌時(shí)形成的。然而，新模型表明，當(dāng)兩個(gè)致密物體合并時(shí)，例如一對(duì)中子星(大質(zhì)量恒星致密、死亡的殘余物)或黑洞和中子星合并，它們也會(huì)出現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)解釋了最近觀察到的長(zhǎng)伽瑪暴，但天文學(xué)家無(wú)法將其與塌縮恒星聯(lián)系起來(lái)。

該模擬的創(chuàng)建者于 11 月 29 日在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上公布了他們的結(jié)果。

這項(xiàng)新研究的主要作者、熨斗研究所計(jì)算天體物理中心(CCA)研究員奧雷·戈特利布 (Ore Gottlieb) 表示：“我們的發(fā)現(xiàn)將觀測(cè)結(jié)果與基礎(chǔ)物理聯(lián)系起來(lái)，統(tǒng)一了伽馬射線爆發(fā)領(lǐng)域的許多未解之謎。” )在紐約市。“我們第一次可以觀察GRB觀測(cè)結(jié)果并了解黑洞形成之前發(fā)生了什么。”

伽瑪暴是宇宙中最明亮、最猛烈的事件之一。自 1967 年首次被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，GRB 一直讓天文學(xué)家眼花繚亂、困惑不解。即使幾十年后，產(chǎn)生強(qiáng)大伽馬射線爆發(fā)的確切機(jī)制仍然不確定。多年來(lái)，天文學(xué)家注意到了兩種不同的伽馬射線暴——一種持續(xù)時(shí)間不到一秒，另一些則持續(xù) 10 秒或更長(zhǎng)時(shí)間。研究人員最終確定，短伽瑪暴起源于兩個(gè)致密天體合并后發(fā)射的噴流，而長(zhǎng)伽馬暴則可能在大質(zhì)量旋轉(zhuǎn)恒星塌陷期間發(fā)射噴流時(shí)發(fā)生。但在過去的一年里，兩次不同尋常的長(zhǎng)伽瑪暴觀測(cè)結(jié)果表明，坍縮的龐然大物并不是導(dǎo)致長(zhǎng)伽瑪暴的唯一原因。

戈特利布和他的同事進(jìn)行了最先進(jìn)的模擬，以測(cè)試大型致密天體的合并如何引發(fā)伽瑪暴。新的模擬需要幾個(gè)月的時(shí)間才能運(yùn)行，并且部分是在熨斗研究所的一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。當(dāng)兩個(gè)致密物體處于近距離軌道并跟隨噴流直到遠(yuǎn)離合并地點(diǎn)時(shí)，新的模擬開始。這種方法使研究人員能夠?qū)λ婕暗奈锢韺W(xué)做出更少的假設(shè)。通過將模擬與天文數(shù)據(jù)的約束相結(jié)合，科學(xué)家們構(gòu)建了伽瑪暴起源的統(tǒng)一模型。

研究人員確定，這種不尋常的伽馬暴是在兩個(gè)致密天體合并后產(chǎn)生的。合并后，這些物體會(huì)形成一個(gè)黑洞，周圍環(huán)繞著一個(gè)巨大的吸積盤——一個(gè)由帶磁剩余材料組成的快速旋轉(zhuǎn)的甜甜圈——可以泵出長(zhǎng)伽瑪暴。模擬中的這些信息不僅可以幫助天文學(xué)家了解產(chǎn)生這些伽瑪暴的物體，還可以了解它們之前發(fā)生的事情。

“如果我們看到像 2022 年觀測(cè)到的那樣的長(zhǎng)伽瑪暴，我們現(xiàn)在就知道它來(lái)自一個(gè)具有巨大圓盤的黑洞，”戈特利布說(shuō)。“知道有一個(gè)巨大的圓盤，我們現(xiàn)在可以算出兩個(gè)父物體的質(zhì)量比，因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量比與圓盤的屬性有關(guān)。例如，不等質(zhì)量中子星的合并將不可避免地產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的伽瑪暴。”

科學(xué)家們希望使用統(tǒng)一模型來(lái)識(shí)別哪些物體產(chǎn)生了短伽瑪暴。該模型表明，這些爆發(fā)可能是由具有較小吸積盤的黑洞引起的，或者它們可能來(lái)自稱為超大質(zhì)量中子星的物體，這是恒星的一種不穩(wěn)定形式，會(huì)迅速坍縮形成黑洞，但不是在它發(fā)出短伽馬暴之前。科學(xué)家們希望，通過對(duì)伽瑪暴的更多觀測(cè)，他們可以進(jìn)一步完善模擬以確定所有伽馬暴的起源。盡管伽瑪射線暴目擊事件仍然相對(duì)罕見，但天文學(xué)家的目標(biāo)是在維拉·C·魯賓天文臺(tái)于 2025 年初開始觀測(cè)時(shí)捕捉到更多伽瑪射線暴。

“隨著我們對(duì)不同脈沖持續(xù)時(shí)間的伽瑪暴進(jìn)行更多觀測(cè)，我們將能夠更好地探測(cè)為這些極端事件提供動(dòng)力的中央引擎，”戈特利布說(shuō)。