NASA的费米快速任务开启了伽马射线科学的新纪元

NASA的费米伽马射线太空望远镜和尼尔·盖勒斯·斯威夫特天文台发现的一对远距离爆炸产生了迄今为止从这些事件中看到的最高能量的光，称为伽马射线暴(GRB)。由两个不同的地面天文台进行的记录设置检测为驱动伽马射线爆发的机制提供了新的见解。

天文学家46年前首次认识到GRB现象。爆炸平均每天大约出现在天空中的随机位置。

当一颗比太阳重得多的恒星用尽燃料时，就会发生最常见的GRB类型。它的核心塌陷并形成一个黑洞，然后该黑洞以接近光速的速度向外喷射粒子流。这些喷气机刺穿恒星并继续进入太空。它们产生伽马射线的初始脉冲(伽马射线的最强形式)，通常持续一分钟。

当喷射流向外运动时，它们与周围的气体相互作用，并在从无线电到伽玛射线的整个光谱范围内发射光。这些所谓的余辉可以在较长波长的爆发后长达数月(甚至很少甚至数年)内被检测到。

“在过去的几十年中，我们对GRB的了解大部分来自观察低能时的余辉，”位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的费米项目科学家伊丽莎白·海斯说。“现在，由于有了这些新的地面探测技术，我们以全新的方式看到了来自伽马射线爆发的伽马射线。”

发表在《自然》杂志上的两篇论文描述了每个发现。第三篇论文使用来自太空和地面天文台的一组丰富的多波长数据分析了一个突发。被《天体物理学杂志》接受的第四篇论文更详细地探讨了费米和斯威夫特的数据。

在2019年1月14日，美国东部时间下午4点之前，费米和斯威夫特卫星都检测到了来自Fornax星座的伽马射线峰值。这些任务向天文界警告了爆炸的地点，被称为GRB 190114C。

接到警报的一个机构是位于西班牙加那利群岛拉帕尔玛市的主要大气伽马成像切伦科夫(MAGIC)天文台。它的两个17米望远镜都自动转向衰落爆发点。他们发现GRB仅仅50秒钟就开始观察，并捕获了从这些事件中看到的最活跃的伽马射线。

可见光的能量范围约为2至3电子伏特。2013年，费米的大面积望远镜(LAT)检测到的光达到了950亿电子伏特(GeV)的能量，这是爆炸时的最高能量。这仅略低于100 GeV，即所谓的超高能(VHE)伽马射线的阈值。借助GRB 190114C，MAGIC成为了第一个报告VHE明确发射的设备，其能量高达万亿电子伏特(1 TeV)。这是费米迄今看到的峰值能量的10倍。

“二十年前，我们专门设计了MAGIC来搜索GRB的VHE排放，因此这对我们的团队来说是巨大的成功，”慕尼黑马克斯·普朗克物理研究所的科学家Razmik Mirzoyan说。 MAGIC合作。“从GRB 190114C发现的TeV伽玛射线表明，这些爆炸比以前想象的还要强大。更重要的是，我们的探测促进了涉及二十多个天文台的广泛跟踪活动，为工作中的物理过程提供了重要线索在GRB中。”

这些包括除了费米和斯威夫特外，还有NASA的NuSTAR任务，欧洲航天局的XMM-牛顿X射线卫星，NASA / ESA哈勃太空望远镜，以及许多地面观测站。在2月和3月获得的哈勃影像捕获了爆炸的光学余辉。他们表明，爆炸起源于约45亿光年以外的螺旋星系。这意味着当宇宙只有其当前年龄的三分之二时，来自GRB的光线就开始向我们传播。

第三篇论文介绍了另一个爆炸的观测结果，费米和斯威夫特都在2018年7月20日发现了它们。在发出警报十小时后，高能立体观测系统(HESS)将其28米大的伽马射线望远镜对准了该地点。称为GRB 180720B。事件发生后的几周内进行了仔细分析，结果表明，HESS清楚地检测出能量高达440 GeV的VHE伽马射线。更加引人注目的是，在观察开始后，辉光持续了两个小时。在GRB被发现后很长时间捕获这种排放物既是一个惊喜，也是一个重要的新发现。

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