研究人員利用美國太空總署費米伽瑪射線太空望遠鏡的數據，在有史以來最亮的伽瑪射線暴之後發現了一個獨特的能量峰，顯示電子和正電子發生了湮滅。這項發現為宇宙噴流的行為以及此類爆發後的極端條件提供了新的見解。

在這幅藝術家的構想圖中，以接近光速運動的粒子噴流從一顆巨大的恆星中噴湧而出。恆星的核心燃料耗盡，坍縮成一個黑洞。一些向黑洞湧去的物質被重新定向，變成了向相反方向噴射的雙射流。當其中一個噴流剛好直指地球時，我們就會看到伽瑪射線暴。資料來源：美國太空總署戈達德太空飛行中心概念影像實驗室

2022 年10 月，天文學家被一個被迅速稱為”BOAT”的現象震驚了–這是有史以​​來最亮的伽瑪射線暴（GRB）。現在，一個國際科學小組報告說，來自美國太空總署費米伽馬射線太空望遠鏡的數據揭示了一個前所未見的特徵。

荷蘭奈梅亨拉德布德大學的首席研究員瑪麗亞-埃德維奇-拉瓦西奧（Maria Edvige Ravasio）說：”在BOAT爆發幾分鐘後，費米伽馬射線暴監測器記錄到一個不尋常的能量峰值，引起了我們的注意。線。

有關這項發現的論文發表在7月26日出版的《科學》雜誌上。

費米伽馬射線太空望遠鏡使用最高能量的光形式觀測宇宙，為研究宇宙中最極端的現象提供了一個重要的窗口，從伽馬射線暴和黑洞噴流到脈衝星、超新星遺跡和宇宙射線的起源。圖片來源：© Daniëlle Futselaar/MPIfR (artsource.nl)

當物質與光相互作用時，能量會以特有的方式被吸收和再發射。這些相互作用會使特定的顏色（或能量）變亮或變暗，當光線像彩虹一樣散佈在光譜中時，就會產生可見的關鍵特徵。這些特徵可以揭示大量訊息，例如參與相互作用的化學元素。在更高的能量下，光譜特徵可以揭示特定的粒子過程，例如物質和反物質湮滅產生伽馬射線。

“雖然之前的一些研究已經報告了其他伽瑪射線暴中可能存在吸收和發射特徵的證據，但隨後的仔細研究發現，所有這些都可能只是統計上的波動。我們在BOAT 中看到的情況則不同，”共同作者、義大利米蘭INAF 布雷拉天文台的Om Sharan Salafia 說。 “我們已經確定，這種特徵只是噪音波動的幾率小於5 億分之一。”

伽瑪射線暴是宇宙中最強大的爆炸，會發出大量的伽瑪射線，這是一種能量最高的光。最常見的類型是當一顆大質量恆星的內核耗盡燃料、坍縮並形成一個快速旋轉的黑洞時發生的。落入黑洞的物質會產生方向相反的粒子噴流，以接近光速的速度穿過恆星的外層。當其中一個噴流幾乎直接指向地球時，我們就能偵測到GRB。

BOAT的正式名稱是GRB 221009A，於2022年10月9日爆發，並迅速使包括費米探測器在內的大部分在軌伽馬射線探測器飽和。這使它們無法測量爆炸最強烈的部分。重建的觀測數據加上統計論證表明，如果BOAT與先前探測到的伽馬射線暴屬於同一族群，那麼它很可能是一萬年來地球天空中出現的最亮的伽馬射線暴。

迄今為止記錄到的最亮伽馬射線暴為科學家提供了一個新的高能量研究對象。了解NASA 的費米飛行任務看到了什麼，以及這項特徵可能告訴我們有關爆發的光速噴流的資訊。資料來源：美國太空總署戈達德太空飛行中心

這條假定的發射線出現在爆發被偵測到將近5 分鐘之後，而且是在爆發變暗到足以結束費米號的飽和效應之後。該發射線至少持續了40 秒，發射能量達到約12 MeV（百萬電子伏特）的峰值。相較之下，可見光的能量在2 到3 電子伏特之間。

那麼是什麼產生了這種光譜特徵呢？研究團隊認為，最有可能的來源是電子與其反物質對應物正電子的湮滅。

義大利拉奎拉的格蘭薩索科學研究所和格蘭薩索國家實驗室的戈爾-奧加內斯揚（Gor Oganesyan）說：「當電子和正電子碰撞時，它們會發生湮滅，產生一對能量為0.511兆電子伏特的伽馬射線。

如果這種解釋是正確的，那麼要產生峰值為12 MeV 的發射線，湮滅粒子必須以約99.9% 的光速向我們移動。

位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的費米項目科學家伊麗莎白-海斯（Elizabeth Hays）指出：”經過幾十年對這些不可思議的宇宙爆炸的研究，我們仍然不了解這些噴流是如何運作的細節。

費米伽馬射線太空望遠鏡是由戈達德管理的天文物理學和粒子物理學合作計畫。費米望遠鏡是與美國能源部合作開發的，法國、德國、義大利、日本、瑞典和美國的學術機構和合作夥伴也做出了重要貢獻。

編譯自/ scitechdaily