探测到迄今为止，能量最强的伽马射线暴，仅次于宇宙大爆炸

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来源：互联网
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2020-01-15
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宇宙中最强烈爆炸产生的能量甚至比之前已知的更高：使用专门的望远镜，两个国际研究小组记录到了从伽马射线爆发中测量到的最高能量伽马射线，达到了可见光的1000亿倍。使用H.E.S.S.和MAGIC望远镜的科学家们在《自然》期刊上发表了其观察结果，这是第一次用地基伽马射线望远镜探测到伽马射线爆发。DESY在两个天文台中都扮演着重要的角色，这两个天文台都是在Max Planck Society的领导下运行。

伽马射线暴(GRB)是在宇宙中的某个地方每天都在发生的突然、短暂的伽马辐射爆发。根据目前所知，它们起源于碰撞中子星或巨型恒星塌缩成黑洞的超新星爆炸。伽玛射线爆发是宇宙中已知的最强大爆炸，仅在几秒钟内就释放出比太阳整个生命周期中释放的能量还多，可以照亮几乎整个可见的宇宙。天文学家一直在用卫星研究伽马射线爆发，因为地球的大气层非常有效地吸收伽马射线。天文学家已经开发出专门的望远镜，可以观察到宇宙伽马射线在大气中诱导称为切伦科夫光的微弱蓝色辉光。

但这些仪器只对能量非常高的伽马射线敏感，不幸的是，伽马射线爆发的亮度随着能量增加而急剧下降。切伦科夫望远镜已经发现了许多非常高能量的宇宙伽马射线源，但没有伽马射线爆发。另一方面，人造卫星的探测器太小，不能在非常高能量下对伽马射线暴的低亮度敏感。所以，它实际上是未知的，如果怪物般的爆炸发射伽马射线也是在非常高的能量区域。科学家们多年来一直试图用切伦科夫望远镜捕捉伽马射线爆发。现在两个国际天文学家团队，都包括DESY科学家，第一次从地面上探测到了来自两个伽玛暴事件的伽马射线。

利用纳米比亚高能立体系统H.E.S.S.的28米望远镜观测到伽马射线GRB 180720B的微弱余辉发射。位于拉帕尔马的主要大气伽马成像切伦科夫(Magic)望远镜探测到GRB190114C的明亮早期发射。这两个观测都是由美国航天局NASA的伽马射线卫星触发，这些卫星监测天空中的伽马射线爆发，并在探测到伽马射线时自动向其他伽马射线观测站发送警报。在最初的20分钟观察中，检测到了来自GRB 190114C的数千个光子，能量在200到1000亿电子伏特(0.2到1太电子伏特)之间的伽马射线。

这是迄今为止从伽马射线爆发中发现能量最高的光子，而可见光大约在1到3电子伏特范围内。这一快速发现使整个观察界迅速警觉起来，结果，二十多个不同的望远镜对目标进行了更深入的观察。这使得可以精确定位最高能量发射物理机制的细节。GRB180720B，距离60亿光年甚至更远，在初始爆炸后很久，仍然可以在能量在100亿到4400亿电子伏特之间的伽马射线中探测到。这个发现来得相当出乎意料，因为伽马射线爆发正在迅速衰减。

留下的余辉可以在从无线电到X射线的许多波长上看到数小时到数天，但以前从未在超高能量伽马射线中被检测到。这一成功也归功于一种改进的后续战略，在这种战略中，还专注于在实际恒星塌陷之后进行观察。在非常高能量下的伽马射线爆发探测为巨型爆炸提供了重要的新见解。已经确定伽玛暴产生的光子能量比可见光高数千亿倍。测量表明，超高能量伽马射线释放的能量与所有较低能量的总辐射量相当。要解释观察到的超高能伽马射线如何产生，是具有挑战性的。

两个小组都假设一个两个阶段的过程：首先，爆炸云中的快速带电粒子在强磁场中偏转并发射所谓的同步辐射，这种辐射的性质与地球上同步加速器或其他粒子加速器产生的辐射性质相同，例如在DESY。然而，只有在相当极端的条件下，爆炸产生的同步光子才能达到观察到的非常高能。相反，科学家们考虑第二步，在那里同步辐射光子与产生它们的快速粒子碰撞，这将它们提升到非常高的伽马射线能量，科学家称后一步为逆康普顿散射。