利用電腦模擬和天文數據進行的新研究發現，一些持續時間較長的伽馬射線暴（GRBs）是由宇宙合併形成黑洞引起的，這對以前認為伽馬射線暴完全是由恆星坍縮引起的理論提出了挑戰。這項突破使人們對伽馬射線暴的起源有了更全面的了解。

弗拉提隆研究所的天文物理學家及其同事利用最先進的電腦模擬，使我們對黑洞如何產生宇宙中能量最高的爆發有了更清晰的認識。

尖端的電腦模擬與理論計算相結合，幫助天文學家更了解宇宙中一些能量最大、最神秘的光現象–伽馬射線暴（GRBs）的起源。新的統一模型證實，一些持續時間較長的伽瑪射線暴是在宇宙合併後產生的，合併後產生的嬰兒黑洞被一個巨大的原生物質盤包圍。

天文學家以前認為，產生長GRB的黑洞通常是在大質量恆星坍縮時形成的。然而，新模型顯示，它們也可能在兩個緻密天體合併時產生，例如一對中子星–大質量恆星的緻密死亡殘餘物–或一個黑洞和一個中子星。這些發現解釋了最近觀測到的長GRB，天文學家無法將其與恆星坍縮聯繫起來。

模擬的創造者於11月29日在《天文物理學雜誌通訊》（The Astrophysical Journal Letters）上發表了他們的研究成果。

模擬顯示了黑洞和中子星的合併如何產生產生伽馬射線暴的強大噴流和風。一項新的研究提出了一個將這種合併的物理學原理與伽馬射線暴觀測結果連結起來的框架。研究發現，黑洞和中子星等大質量天體的合併可以產生持久的伽瑪射線暴。資料來源：奧雷-戈特利布

這項新研究的第一作者、紐約市弗拉提龍研究所計算天文物理學中心（CCA）的研究員奧雷-戈特利布（Ore Gottlieb）說：”我們的發現將觀測結果與基礎物理學連結起來，統一了伽馬射線暴領域的許多未解之謎。」我們第一次可以透過對GRB的觀測，知道黑洞形成之前發生了什麼”。

GRB是宇宙中最亮、最劇烈的事件。自1967 年首次被偵測到以來，GRB 就一直讓天文學家眼花撩亂、百思不得其解。即使幾十年過去了，產生強大伽馬射線爆炸的確切機制仍然不確定。多年來，天文學家注意到兩種截然不同的伽瑪射線暴–一種持續時間不到一秒，另一種則持續10 秒或更長時間。研究人員最終確定，短GRB源自於兩個緊湊天體合併後發射的噴流，而長GRB則可能發生在大質量旋轉恆星坍縮時發射的噴流中。但在過去一年中，兩次不同尋常的長GRB觀測表明，導致長GRB的並不僅僅是坍縮的龐然大物。

一個模擬的快照顯示了黑洞和中子星的合併如何產生產生伽馬射線暴的強大噴流和風。一項新的研究提出了一個框架，將這種合併的物理學原理與伽馬射線暴的觀測結果連結起來。研究發現，黑洞和中子星等大質量天體的合併可以產生持久的伽瑪射線暴。資料來源：奧雷-戈特利布

戈特利布和他的同事們進行了最先進的模擬，以測試大質量緊湊天體的合併如何引發伽瑪射線暴。新的模擬耗時數月，部分是在弗拉蒂龍研究所的超級電腦上進行的。新的模擬從兩個緊湊天體處於近軌道時開始，並追蹤噴流直到它們遠離合併地點。這種方法使研究人員能夠減少對相關物理學的假設。透過將模擬與來自天文數據的約束條件結合，科學家們建構了一個關於GRB起源的統一模型。

研究人員確定，不尋常的GRB 是在兩個緊緻天體合併後產生的。天體合併後會產生一個黑洞，黑洞周圍有一個大的吸積盤–一個由帶磁性的剩餘物質組成的快速旋轉的”甜甜圈”–它能釋放出長長的GRB。模擬得到的這些資訊不僅有助於天文學家了解產生這些伽瑪射線暴的天體，還有助於了解在它們之前發生了什麼。

模擬顯示了黑洞和中子星的合併如何產生產生伽瑪射線暴的強大噴流和風。一項新的研究提出了一個將這種合併的物理學原理與伽馬射線暴觀測結果連結起來的框架。研究發現，黑洞和中子星等大質量天體的合併可以產生持久的伽瑪射線暴。資料來源：奧雷-戈特利布

戈特利布說：『如果我們看到一個像2022年觀測到的那樣的長伽瑪射線暴，我們現在就知道它來自於一個具有大質量磁碟的黑洞。知道了有一個大質量圓盤，我們現在就可以算出兩個母體的質量比，因為它們的質量比與圓盤的特性有關。例如，質量不等的中子星合併將不可避免地產生持續時間較長的GRB。”

科學家希望利用這個統一模型來確定哪些天體會產生短GRB。該模型認為，這些爆發可能是由具有較小吸積盤的黑洞引起的，也可能來自一種被稱為超大質量中子星的天體，這是一種不穩定形式的恆星，會迅速坍縮形成黑洞，但在此之前不會發出短GRB脈衝。科學家希望，透過更多的GRB觀測，他們可以進一步完善模擬，以確定所有GRB的起源。雖然GRB的觀測結果仍然比較罕見，但天文學家的目標是在2025年初維拉-C-魯賓天文台開始觀測時捕捉到更多的GRB。

戈特利布說：”隨著我們對不同脈衝持續時間的GRB進行更多的觀測，我們將能更好地探測為這些極端事件提供動力的中心引擎。”