由英國巴斯大學天體物理學家帶領的一支國際研究團隊，剛剛在一篇論文中首次證實了一項長達數十年的理論預測——通過對遙遠伽馬射線爆發中的磁場進行測量，可知這些“爆炸波”噴射出的磁場，會在與周遭介質發生碰撞後而變得混亂。據悉，當至少40倍太陽的大質量恆星用一種災難性的爆炸迎來死亡時，就會產生劇烈的衝擊波並形成黑洞。

伽馬射線暴發瞬間的閃光、以及反向和正向激波（圖自：Nuria Jordana-Mitjans）

這些攜帶極高能量的事件，會以接近光速的速度驅逐物質，並產生明亮但短命的伽馬射線閃光（簡稱GRB / 伽馬射線暴），然後被繞地球軌道運行的衛星給探測到。

期間產生的磁場，或穿過噴射出的物質。隨著旋轉黑洞的形成，這些磁場會被扭曲成螺旋狀，並認為會聚焦並加速噴射出的物質。

儘管磁場無法被直接觀測到，但它們的一大特徵，就是能夠對帶電粒子產生“光編碼”。

研究配圖- 1：GRB 141220A 多波長光變曲線

隨著這些帶電粒子（電子）在磁場線周圍飛馳，地球上的望遠鏡就能夠捕捉到這些在宇宙中可能傳播了數百萬年的光信號。

巴斯大學天體物理系主任兼伽馬射線專家Carole Mun DELL教授稱：“我們測量了光的一種特殊性質——偏振（polarization）——以直接推測驅動爆發磁場的物理性質”。

這項偉大的工作解決了困擾宇宙爆炸的長期謎題，科學家們已經在這方面傾注了相當多的精力。

研究配圖- 2：用於測定GRB 的未極化標準星的參數

GRB 研究的最大挑戰，莫過於在爆發後第一時間捕獲光信號、並對其進行物理學上的解碼。隨著不斷擴大的激波前沿與周圍恆星碎片的碰撞，原始磁場的痕跡會被立即摧毀，導致預測的難度迅速提升。

當大規模原始場仍然完整、並驅動外流時，相關模型可預測爆發後不久、具有高偏振水平（>10%）的光。之後由於磁場在碰撞中被不斷打亂，大部分訊號都會變成非偏振的狀態。

好消息是，Carole Mundell 團隊首次測得了在爆發後幾分鐘的高度偏振光，證實了具有大規模結構的原始場的存在。但事實證明，擴大前向激波的圖景是更具爭議性的。

研究配圖- 3：GRB 141220A 極化時間演變

通過在爆發後數小時到一天的較短時間內觀察GRB 爆發，此前已有研究人員發現了低極化，並推測原始場已被摧毀，只是無法進一步闡明它是何時、或如何被摧毀的。

相比之下，一支日本天文學家團隊宣布，其在GRB 爆發中發現了10% 的偏振光，並將之解釋為“具有持久有序磁場的偏正前向激波”。

研究主要作者、巴斯大學博士生Nuria Jordana-Mitjans 表示：“由於在物理學方面的時間和空間跨度都太大，這些罕見的觀察結果很難被直接拿來比較，更別提在標準模型中進行調和”。

研究配圖- 4：GRB 141220A 的光變曲線，其斜率符合特定的冪定律

十多年來，這個謎團一直沒能被揭開，直到巴斯大學帶領的研究團隊就GRD 141220A 進行了深入且全面的分析。

在今日發表在《皇家天文學會月刊》上的新論文中，Carole Mundell教授帶領的研究團隊，報告了他們在爆發後僅90秒檢測到的前向激波的極低偏振。

這項研究借助了全自動的利物浦望遠鏡，結合RINGO3 這款新型旋光儀上的智能軟件，才使得針對GRB 的超快速觀測成為了可能。

研究配圖- 5：RINGO3 與XRT 觀測的GRB 141220A 寬波段

儀器記錄了本次GRB 爆發的顏色、亮度、偏振和褪色率，在將這些數據放到一起後，研究團隊得以證實以下狀況：

● 光來自前向激波；

● 磁場長度尺度較日本研究團隊的推斷要小得多；

● 爆發或是由新黑洞形成的原始有序磁場崩潰所驅動的；

● 針對偏振的神秘探測，可通過磁場在衝擊中被摧毀之前、來自原始場的偏振光的相關發現來解釋。

研究配圖- 6：左圖為持續時間比較，右圖為峰值能量比較。

Jordana-Mitjans 女士表示：“這項新研究建立在早前的研究基礎上，此前我們觀察到最強大的GRB 爆發能夠由大規模有序的磁場來驅動。但只有最速的望遠鏡，才能在瞬間觀察到它們的特徵偏振信號”。

Carole Mundell 教授總結道：“我們現在需要推動技術的前沿發展，以探索GRB 爆發的最初時刻。在收集到具有統計意義的數據量之後，我們可將研究置於更廣闊的背景，從而對極限宇宙展開實時的多信使後續追踪”。