天文學家發現前所未見的摧毀恆星的方法
天文學家利用由美國國家科學基金會NOIRLab 負責運營的雙子座南望遠鏡研究了一個強大的伽馬射線暴（GRB），他們可能發現了一種前所未見的摧毀恆星的方法。與大多數由大質量恆星爆炸或中子星偶然合併引起的伽瑪射線暴不同，天文學家得出的結論是，這個伽瑪射線暴是由恆星或恆星殘餘物在一個古老星系核心的超大質量黑洞周圍的擁擠環境中碰撞產生的。
恆星死亡的本質
宇宙中的恆星通常以可預測的方式結束自己的生命，這取決於它們的質量。像太陽這樣質量相對較低的恆星在衰老過程中會脫落外層，最終褪色成為白矮星。質量更大的恆星燃燒得更旺盛，在超新星大爆炸中死亡得更快，會產生中子星和黑洞這樣的超密集天體。如果兩顆這樣的恆星殘骸形成雙星系統，它們最終也會發生碰撞。然而，新的研究指出了一種假想已久但從未見過的第四種選擇。
這幅藝術家印像圖展示了天文學家是如何利用由美國國家科學基金會NOIRLab 負責操作的雙子座南望遠鏡來研究強大的伽馬射線暴（GRB）的，他們可能發現了一種前所未見的摧毀恆星的方法。與大多數由大質量恆星爆炸或中子星偶然合併引起的GRB 不同，天文學家得出的結論是，這個GRB 是由恆星或恆星殘骸在一個古老星系核心的超大質量黑洞周圍的擁擠環境中碰撞產生的。
揭開新發現的面紗
在尋找長持續伽瑪射線暴（GRB）的起源時，天文學家利用智利的雙子座南望遠鏡（由美國國家科學基金會NOIRLab 運營的國際雙子座天文台的一部分）、北歐光學望遠鏡和NASA/ESA 哈勃太空望遠鏡，發現了恆星或恆星殘餘物在一個古老星系的超大質量黑洞附近的混亂而密集的區域中發生類似拆遷的碰撞的證據。
荷蘭拉德布德大學天文學家、《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌上一篇論文的第一作者安德魯-萊萬（Andrew Levan）說：”這些新結果表明，恆星可能會在宇宙中一些密度最大的區域遭遇滅頂之災，在那裡它們可能會被驅動發生碰撞。這對於了解恆星是如何死亡的，以及回答其他問題都是令人興奮的，比如有哪些意想不到的來源可能會產生引力波，而我們可以在地球上探測到這些引力波。”
觀測證據和發現
遠古星系早已過了恆星形成的鼎盛時期，即使有巨型恆星，也所剩無幾，而巨型恆星正是長GRB的主要來源。然而，它們的內核卻充斥著恆星和各種超密集恆星殘骸，如白矮星、中子星和黑洞。天文學家長期以來一直懷疑，在圍繞著超大質量黑洞的洶湧蜂窩中，兩個恆星天體遲早會發生碰撞，從而產生GRB。然而，這種合併的證據一直難以捉摸。
天文學家利用由美國國家科學基金會NOIRLab 運營的國際雙子座天文台研究一個強大的伽馬射線暴（GRB）時，可能觀測到了一種前所未見的摧毀恆星的方式。與大多數由大質量恆星爆炸或中子星偶然合併引起的伽瑪射線暴不同，天文學家得出的結論是，這個伽瑪射線暴是由恆星或恆星殘骸在一個古老星系核心的超大質量黑洞周圍的擁擠環境中碰撞產生的。資料來源：國際雙子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/M. 紮馬尼
2019年10月19日，美國宇航局尼爾-蓋爾斯-斯威夫特天文台（Neil Gehrels Swift Observatory）探測到了一道持續一分多鐘的明亮伽馬射線閃光，這是此類事件發生的第一個蛛絲馬跡。任何持續時間超過兩秒的伽瑪射線暴都被認為是”長脈衝”。這種爆發通常來自超新星的死亡，其質量至少是太陽質量的10 倍–但並非總是如此。
研究人員隨後利用”雙子座南”對GRB 逐漸消失的餘輝進行了長期觀測，以進一步了解其起源。通過觀測，天文學家們將GRB的位置精確定位在距離一個古老星系的核心不到100光年的區域，這使得它非常靠近該星系的超大質量黑洞。研究人員還沒有發現相應超新星的證據，而超新星會在雙子座南研究的光線上留下印記。
洞察GRB 的起源
萊萬說：”我們的後續觀測告訴我們，這次爆發並不是一顆大質量恆星的坍縮，而很可能是由兩個緊湊的天體合併引起的。通過把它的位置精確定位到先前確定的一個古老星系的中心，我們首次獲得了恆星走向滅亡的新途徑的誘人證據。”
雙子座南望遠鏡是由美國國家科學基金會NOIRLab 運營的國際雙子座天文台的一半，從一個令人眩暈的高度可以看到雙子座南望遠鏡的全部規模和偏遠程度。雙子座南望遠鏡位於海拔2715 米（8900 英尺）的Cerro Pachón 山上，得益於當地穩定的大氣條件。在背景中綿延的智利安第斯山脈之上，幾乎可以感受到干燥的空氣，這種空氣可以減輕望遠鏡的”視力”。這張照片還拍攝到望遠鏡的8 米鏡面透過穹頂結構探出頭來，這在白天是很不尋常的。圖片來源：國際雙子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/T. Matsopoulos
在正常的星系環境中，中子星和黑洞等恆星殘骸碰撞產生的長GRB被認為是非常罕見的。然而，遠古星系的內核並不正常，可能有一百萬甚至更多的恆星擠在一個只有幾光年寬的區域裡。這種極高的恆星群密度可能足以導致偶爾發生的恆星碰撞，尤其是在超大質量黑洞的巨大引力影響下，它會擾亂恆星的運動，使它們向隨機方向飛去。最終，這些不聽話的恆星會相交合併，引發巨大的爆炸，在遙遠的宇宙空間都能觀測到。
這種事件有可能在宇宙中類似的擁擠區域經常發生，但直到現在才被人們注意到。它們之所以不為人知，一個可能的原因是星系中心充滿了塵埃和氣體，這可能會遮擋住GRB 的初始閃光和由此產生的餘輝。這次被確認為GRB 191019A 的GRB 可能是一個罕見的例外，它讓天文學家能夠探測到這一爆發並研究其餘輝。
未來研究和影響
研究人員希望發現更多有關這些事件的信息。他們希望能將GRB 探測與相應的引力波探測相匹配，這將揭示更多關於這些事件的真實性質，並確認它們的起源，即使是在最陰暗的環境中。維拉-C-魯賓天文台（Vera C. Rubin Observatory）將於2025年投入使用，它在這類研究中將發揮不可估量的作用。
萊萬說：”研究像這樣的伽馬射線暴是一個很好的例子，它說明了從探測伽馬射線暴，到用雙子座這樣的望遠鏡發現餘輝和距離，再到用整個電磁波譜的觀測結果對事件進行詳細分析，許多設施的合作確實推動了這一領域的發展。”
國家科學基金會國際雙子座天文台項目主任馬丁-斯蒂爾（Martin Still）說：”這些觀測為雙子座的豐富遺產增添了新的內容，加深了我們對恆星演化的理解。”這些時間敏感性觀測證明了雙子座天文台的靈活運作和對宇宙中遙遠的動態事件的敏感性。”