2022 年 10 月，包括西北大學天體物理學家在內的一個國際研究小組觀測到了有記錄以來最亮的伽馬射線暴（GRB）--GRB 221009A。
現在，一個由西北大學領導的研究小組已經證實，造成這一歷史性爆發（被稱為"B.O.A.T."（"有史以來最亮"））的現象是一顆大質量恒星的坍縮和隨後的爆炸。
研究小組利用美國國家航空航天局的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）發現了這一爆炸，即超新星。在這一發現解開了一個謎團的同時，另一個謎團也在加深。
藝術家繪製的 GRB 221009A 可視圖，顯示了產生 GRB 的狹長相對論噴流--從中央黑洞噴出--以及通過超新星爆炸噴出的原始恒星不斷膨脹的殘骸。
西北大學博士後研究員彼得-布蘭查德（Peter Blanchard）和他的團隊利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡首次探測到了這顆超新星，證實了GRB 221009A是一顆大質量恒星坍縮的結果。
該研究的合著者還發現，該事件發生在其宿主星系的密集恒星形成區域，如背景星雲所描繪的那樣。圖片來源：Aaron M. Geller / Northwestern / CIERA / IT Research Computing and Data Services
研究人員推測，鉑和金等重元素的證據可能就存在於這顆新發現的超新星中。然而，廣泛的搜索並沒有發現這類元素的特征。宇宙中重元素的起源仍然是天文學最大的懸而未決的問題之一。
這項研究成果於4月12日發表在《自然-天文學》雜誌上。
西北大學的彼得-布蘭查德（Peter Blanchard）是這項研究的負責人，他說："當我們確認GRB是由一顆大質量恒星的坍縮產生的時候，我們就有機會檢驗宇宙中一些最重元素是如何形成的。
我們沒有看到這些重元素的特征，這表明像B.O.A.T.這樣能量極高的GRB不會產生這些元素。這並不意味著所有的GRB都不會產生這些元素，但這是我們繼續了解這些重元素來源的一個關鍵信息。
JWST未來的觀測將確定B.O.A.T.的'正常'表兄弟是否會產生這些元素。"
布蘭查德是西北大學天體物理學跨學科探索與研究中心（CIERA）的博士後，研究超光速超新星和GRB。
這項研究的共同作者來自哈佛大學天體物理學中心和史密森尼天文臺、猶他大學、賓夕法尼亞州立大學、加州大學伯克利分校、荷蘭 Radbound 大學、太空望遠鏡科學研究所、亞利桑那大學/斯圖爾特天文臺、加州大學聖巴巴拉分校、哥倫比亞大學、Flatiron 研究所、格賴夫斯瓦爾德大學和圭爾夫大學。
第二作者、哈佛大學天體物理學中心（Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian）的阿什利-維拉爾（Ashley Villar）說："這一事件尤其令人興奮，因為有人曾假設，像B.O.A.T.這樣的高能伽馬射線暴可能會產生大量的重元素，比如金和鉑。"如果他們是正確的，B.O.A.T.應該是一座金礦。
令人震驚的是，我們並沒有看到這些重元素的任何證據。"
B.O.A.T. 的誕生
2022年10月9日，當它的光芒照耀地球時，B.O.A.T.是如此明亮，以至於世界上大多數伽馬射線探測器都被它的光芒所淹沒。這次強烈的爆炸發生在距離地球約 20 億光年遠的人馬座方向，持續了幾百秒鐘。當天文學家們爭先恐後地觀測這一令人難以置信的明亮現象的起源時，他們立刻被一種敬畏感所擊中。
西北大學溫伯格藝術與科學學院物理學和天文學副教授、CIERA成員方文輝當時說："只要我們能夠探測到GRB，那麽毫無疑問，這個GRB是我們目睹過的最亮的GRB，亮度達到了10倍或更多。"
布蘭查德說："這次事件產生了一些專門用於探測伽馬射線的衛星所記錄到的最高能量的光子。這是地球每一萬年才能看到一次的事件。
我們很幸運生活在這樣一個時代，我們擁有探測宇宙中發生的這些爆發的技術。能夠觀測到 B.O.A.T.這樣罕見的天文現象，並努力了解這一特殊事件背後的物理學原理，實在是太令人興奮了。"
一顆"正常"超新星
布蘭查德、維拉爾和他們的團隊並沒有立即對這一事件進行觀測，而是希望在它的後期階段對其進行觀測。在最初探測到伽馬射線暴約六個月後，布蘭查德和維拉爾利用 JWST 對其後期進行了觀測。
布蘭查德說："GRB是如此明亮，以至於在爆發後的最初幾周和幾個月裏，它掩蓋了任何潛在的超新星特征。在這些時間裏，GRB的所謂余輝就像一輛汽車的前大燈直射向你，讓你無法看到汽車本身。因此，我們必須等待余輝明顯減弱，才有機會看到超新星。"
維拉爾說："我們很幸運，因為 JWST 剛剛發射，可以進行這些觀測。銀河恰好位於 B.O.A.T. 的前方，它的塵埃擋住了我們通常能看到的所有藍光。JWST 可以穿透這些塵埃，讓我們看到令人難以置信的紅外線。"
研究小組利用 JWST 的近紅外攝譜儀發現了超新星中鈣和氧等元素的典型特征。令人驚訝的是，它並不特別明亮--就像它所伴隨的亮度驚人的GRB一樣。
布蘭查德說："它並不比以前的超新星更亮。與其他能量較低的GRB相關的超新星相比，它看起來相當正常。你可能會認為，產生高能量和高亮度 GRB 的同一顆坍縮恒星也會產生高能量和高亮度的超新星。但事實證明並非如此。我們看到的這個GRB亮度極高，但卻是一顆普通的超新星。"
失蹤：重元素
在首次確認了超新星的存在之後，布蘭查德和他的合作者接著尋找其中重元素的證據。目前，天體物理學家對宇宙中能夠產生比鐵更重的元素的所有機製的了解還不全面。
產生重元素的主要機製--快速中子俘獲過程需要高濃度的中子。迄今為止，天體物理學家只在兩顆中子星的合並中證實了通過這一過程產生重元素，激光幹涉引力波天文臺（LIGO）在2017年探測到了這一碰撞。
但科學家們說，一定還有其他方法可以產生這些難以捉摸的物質。宇宙中的重元素實在太多了，而中子星合並卻太少。
"很可能還有另一個來源，"布蘭查德說。"雙中子星合並需要很長的時間。
雙星系統中的兩顆恒星首先必須爆炸，留下中子星。
然後，這兩顆中子星需要數十億年的時間慢慢靠近，最終合並。但是，對非常古老恒星的觀測表明，在大多數雙中子星來得及合並之前，宇宙的某些部分就已經富含重金屬了。這為我們指出了另一種渠道。"
天體物理學家推測，重元素也可能是由快速旋轉的大質量恒星坍縮產生的，而這種恒星正是產生B.O.A.T.的恒星。利用JWST獲得的紅外光譜，布蘭查德研究了超新星的內層，重元素應該是在這裏形成的。
"恒星的爆炸物質在早期是不透明的，所以你只能看到外層，"布蘭查德說。"但一旦它膨脹並冷卻，就會變得透明。然後你就能看到來自超新星內層的光子了。
此外，不同元素吸收和發射的光子波長不同，這取決於它們的原子結構，因此每種元素都有獨特的光譜特征，因此，通過觀察天體的光譜，我們可以知道天體中含有哪些元素。
在檢查B.O.A.T.的光譜時，我們沒有看到任何重元素的特征，這表明像GRB 221009A這樣的極端事件並不是主要來源。在我們繼續嘗試確定最重元素形成的地方時，這是至關重要的信息。"
為何如此明亮？
為了將超新星的光線與它之前的明亮余輝的光線區分開來，研究人員將 JWST 的數據與智利阿塔卡馬大毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）的觀測數據進行了配對。
"即使在爆發被發現幾個月後，余輝的亮度也足以在JWST光譜中貢獻大量的光，"猶他大學物理和天文學助理教授、該研究的合著者Tanmoy Laskar說。
"結合兩臺望遠鏡的數據，有助於我們準確測量 JWST 觀測時余輝的亮度，使我們能夠仔細提取超新星的光譜"。
雖然天體物理學家們還沒有發現一顆"普通"超新星和破紀錄的 GRB 是如何由同一顆坍縮恒星產生的，但拉斯卡爾說，這可能與相對論射流的形狀和結構有關。
當快速旋轉的大質量恒星坍縮成黑洞時，它們會產生物質噴流，以接近光速的速度噴出。如果這些噴流很窄，就會產生更集中、更明亮的光束。
拉斯卡爾說："這就像把手電筒的光束聚焦到一個狹窄的柱子上，而不是把寬大的光束沖過整面墻。事實上，這是迄今為止看到的伽馬射線暴中最窄的射流之一，這給了我們一個提示，為什麽余輝會如此明亮。
可能還有其他因素，研究人員將在未來幾年研究這個問題。"
未來對B.O.A.T.所在星系的研究也可能提供更多線索。"除了B.O.A.T.本身的光譜，我們還獲得了它的'宿主'星系的光譜，"布蘭查德說。"光譜顯示出恒星形成的跡象，暗示原始恒星的誕生環境可能不同於以往的事件"。
研究小組成員、賓夕法尼亞州立大學研究生李一佳（Yijia Li）對該星系的光譜進行了建模，發現B.O.A.T.的宿主星系的金屬性（一種衡量比氫和氦重的元素豐度的指標）是以前所有GRB宿主星系中最低的。
Li說："這是B.O.A.T.的另一個獨特方面，可能有助於解釋其特性。B.O.A.T.釋放的能量完全超乎想象，是人類所見過的能量最高的事件之一。它似乎還誕生於接近原始的氣體，這一事實可能是理解其超強特性的重要線索。"---[編譯自/scitechdaily/來源:cnBeta.COM]
*「中國天眼」發現的新脈沖星突破900顆*
2月27日拍攝的「中國天眼」（無人機照片，維護保養期間拍攝）。新華社記者 歐東衢 攝
新華社貴陽4月17日電（記者歐東衢、吳思、潘德鑫）被譽為「中國天眼」的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）發現的新脈沖星數量突破900顆，是國際上同時期其他望遠鏡發現脈沖星總數的3倍以上，並拓展了人類對脈沖星輻射強度的觀測範圍。
記者17日從中國科學院國家天文臺FAST運行和發展中心獲悉，「中國天眼」發現的900余顆新脈沖星中，大多數是世界其他望遠鏡難以發現的暗弱脈沖星，包括120余顆雙星脈沖星、170余顆毫秒脈沖星、80顆暗弱的偶發脈沖星。
2月26日拍攝的「中國天眼」（維護保養期間使用物理濾鏡拍攝）。新華社記者 歐東衢 攝
坐落於中國西南貴州省平塘縣的「中國天眼」，是目前世界上最大、最靈敏的單口徑球面射電望遠鏡，反射面板總面積達25萬平方米，相當於30個標準足球場。
國家天文臺銀道面脈沖星巡天項目團隊發現了900余顆新脈沖星中的650余顆，該項目負責人韓金林說，從人類發現第一顆脈沖星到FAST發現首顆脈沖星的50余年裏，全世界發現的脈沖星只有不到3000顆。
每顆脈沖星相當於宇宙中具有特有信號標記的「燈塔」，可以一起構建「宇宙坐標系」，為未來人類可能成行的星際旅行提供「導航」。
「我們精確測量出脈沖星在宇宙空間中的坐標，在旅途中時刻監測多個脈沖星信號的相位及對應的位置關系，人類在星際旅行中就不會走丟了。」韓金林說。
最新發現的近百顆暗弱的偶發脈沖星與正常脈沖星相比，輻射流量密度要低一個量級，最低已達亞微央量級。韓金林指出，研究這些偶發脈沖星對於理解銀河系中恒星死亡後形成多少致密中子星殘骸以及揭示未知的脈沖輻射物理過程具有重要意義。
2月27日拍攝的「中國天眼」（無人機全景圖片，維護保養期間拍攝）。新華社記者 歐東衢 攝
近年來，「中國天眼」進入「多出成果」「出好成果」的階段，首次在射電波段觀測到黑洞「脈搏」、發現迄今軌道周期最短脈沖星雙星系統、探測並構建世界最大中性氫星系樣本……「中國天眼」持續產出重量級發現，為探索宇宙奧秘作出更多中國貢獻。
「成果頻出離不開『中國天眼』的穩定運行。」FAST運行和發展中心常務副主任、總工程師姜鵬介紹，目前FAST年度觀測時間穩定在5300小時左右，為持續產出科研成果起到了重要支撐作用。---來源:新華社-
*天文學家發現銀河系混亂背後的意外驅動力*
澳大利亞研究中心 ASTRO 3D 領導的一個國際研究小組報告說，年齡是改變恒星在星系內移動方式的驅動力。星系在誕生之初，其恒星的旋轉是有序的，但在一些星系中，恒星的運動卻比較隨機。到目前為止，科學家們還不能確定造成這種情況的原因--可能是周圍環境，也可能是星系本身的質量。
最近發表在《英國皇家天文學會月刊》（MNRAS）上的一項新研究發現，最重要的因素並不是這些。研究表明，恒星的隨機運動趨勢主要是由星系的年齡所驅動的--隨著時間的推移，情況會變得一團糟。
第一作者、悉尼大學 ASTRO 3D 研究員 Scott Croom 教授說："當我們進行分析時，我們發現年齡始終是最重要的參數，無論我們如何切片或切塊。
一旦考慮到年齡因素，基本上就沒有環境趨勢了，質量也是如此。
如果你發現一個年輕的星系，無論它在什麽環境中，它都會旋轉，而如果你發現一個古老的星系，無論它是在稠密的環境中還是在虛空中，它的軌道都會更加隨機。"
在 SAMI 星系巡天觀測中觀測到的年輕星系（上圖）和老星系（下圖）的對比。左側面板是來自斯巴魯望遠鏡的常規光學圖像。中間是來自 SAMI 的旋轉速度圖（藍色朝向我們，紅色遠離我們）。
右邊是測量隨機速度的地圖（顏色越紅，隨機速度越大）。兩個星系的總質量相同。頂部星系的平均年齡為 20 億年，自轉速度高，隨機運動速度低。
底部星系的平均年齡為 125 億年，自轉速度較慢，隨機運動較大。資料來源：Hyper Suprime-Cam 斯巴魯戰略計劃
研究小組成員還包括來自麥考瑞大學、斯威本科技大學、西澳大利亞大學、澳大利亞國立大學、新南威爾士大學、劍橋大學、昆士蘭大學和大韓民國延世大學的科學家。
以前的研究認為環境或質量是更重要的因素，這項研究更新了我們的認識。但第二作者 Jesse van de Sande 博士說，以前的研究並不一定是錯誤的。年輕的星系是恒星形成的超級工廠，而在年長的星系中，恒星形成已經停止。
"我們知道年齡受環境影響。
如果一個星系處於高密度環境中，它往往會停止恒星的形成。
因此，處於高密度環境中的星系平均年齡較大，"van de Sande 博士說。"分析的重點是，不是生活在高密度環境中降低了他們的自旋能力，而是他們的年齡大了"。
回到我們自己的銀河系，它仍然有一個薄薄的恒星形成盤，因此仍然被認為是一個高自轉星系。
"但是，當我們仔細觀察銀河時，我們確實看到了一種叫做銀河厚盤的東西。"Croom教授說："就光線而言，它並不占主導地位，但它確實存在，而且那些恒星看起來比較古老，很可能是在早期從薄盤中被加熱出來的，或者是在宇宙早期以更湍急的運動方式誕生的。"
研究使用的數據來自 SAMI 銀河巡天觀測。SAMI 儀器由悉尼大學和盎格魯-澳大利亞天文臺（現 Astralis）於 2012 年製造。
SAMI使用的是位於新南威爾士州庫納巴拉布蘭附近賽丁泉天文臺的盎格魯-澳大利亞望遠鏡。
它已經勘測了 3000 個星系的各種環境。
通過這項研究，天文學家在試圖了解星系形成的過程時，可以排除許多過程，從而對宇宙發展的模型進行微調。
銀河系研究的下一步將是開發更精細的星系演化模擬。
"要做好模擬的挑戰之一是需要高分辨率來預測發生了什麽。"Croom教授說："目前典型的模擬是基於質量相當於 10 萬顆恒星的粒子，你無法解析星系盤中的小尺度結構。"
悉尼大學赫克托星系巡天項目將幫助克魯姆教授和他的團隊利用英澳望遠鏡上的新儀器擴大這項工作，負責人茱莉亞-布萊恩特（Julia Bryant）教授說："赫克托正在觀測 15000 個星系，但光譜分辨率更高，即使在質量低得多的星系中也能測量出星系的年齡和自旋，並能獲得更詳細的環境信息。"
ASTRO 3D主任Emma Ryan-Weber教授說："這些發現回答了ASTRO 3D提出的一個關鍵問題：宇宙中的質量和角動量是如何演變的？
SAMI 團隊的這項細致工作揭示了星系的年齡決定了恒星的運行方式。這一關鍵信息有助於更清晰地了解宇宙的全貌。"---[編譯來源：ScitechDaily/來源: cnBeta.COM]
