CDF-S XT1助力科学家揭开照亮整个星系的极端宇宙光的神秘起源

我们的宇宙在整个电磁波谱中闪耀着光芒。虽然这些光大部分来自于像我们的太阳这样的星系中的恒星,但我们经常被短暂而明亮的闪光所吸引,而这些闪光超过了整个星系本身。其中一些最亮的闪光被认为是在大灾难事件中产生的,例如大质量恒星的死亡或被称为中子星的两个恒星尸体的碰撞。

长期以来,研究人员一直在研究这些明亮的闪光或“瞬态”以深入了解恒星的死亡和余生以及我们宇宙的演变。

CDF-S XT1助力科学家揭开照亮整个星系的极端宇宙光的神秘起源

天文学家们有时会遇到违背预期的瞬变体,这让长期以来预测各种瞬变体应该如何的理论家们感到困惑。2014年10月,用钱德拉望远镜(NASA的旗舰X射线望远镜)对南部天空进行的一项长期监测计划发现了这样一个名为CDF-S XT1的神秘瞬态:一个持续几千秒的明亮瞬态。CDF-S XT1在X射线中释放的能量跟太阳在10亿年内所释放的能量相当。自从最初的发现以来,天体物理学家们提出了许多假设来解释这个瞬变现象,然而没有一个是结论性的。

在最近的一项研究中,由OzGrav博士后Nikhil Sarin博士(莫纳什大学)领导的一个天体物理学家小组发现,对CDF-S XT1的观测结果跟预期来自接近光速的高速喷流的辐射预测相符。这种“外流”只能在极端的天体物理条件下产生,如当一颗恒星被一个大质量黑洞撕裂时它就会被破坏,一颗大质量恒星的坍缩或两颗中子星的碰撞。

Sarin等人的研究发现,CDF-S XT1的流出物可能是由两颗中子星合并产生。这一见解使得CDF-S XT1类似于2017年被称为GW170817的重大发现–首次观测到引力波,即空间和时间结构中的宇宙涟漪,不过CDF-S XT1距离地球有450倍之远。这个巨大的距离意味着这次合并发生在宇宙历史的早期,它也可能是迄今为止观察到的最远的中子星合并之一。

中子星碰撞是宇宙中产生金、银和钚等重元素的主要场所。由于CDF-S XT1发生在宇宙历史的早期,这一发现推进了我们对地球化学丰度和元素的理解。

最近在2020年1月对另一个瞬变体AT2020blt的观测–主要是用兹威基瞬变体设施–使天文学家感到困惑。这个瞬变体的光就像大质量恒星坍缩时发射的高速外流的辐射。这种流出物通常会产生更高能量的伽马射线,然而它们在数据中缺失了–它们没有被观测到。这些伽马射线的缺失只能是由于以下三种可能的原因之一:没有产生伽马射线;伽马射线被引向远离地球的地方;伽马射线太弱,无法被看到。

在另一项研究中,由OzGrav研究员Sarin博士再次领导,莫纳什大学的天体物理学家跟阿拉巴马州、路易斯安那州、朴茨茅斯和莱斯特的研究人员合作,这表明AT2020blt可能确实会产生指向地球的伽马射线,只是它们非常弱,被我们目前的仪器所忽略。

Sarin博士表示:“与其他类似的瞬态观测一起,这种解释意味着我们现在开始了解整个宇宙中的灾难性爆炸是如何产生伽马射线这一神秘的问题。”

这类明亮的瞬变体统称为伽马射线暴,包括CDF-S XT1、AT2020blt和AT2021any,它们产生的能量足以在短短一秒钟内超过整个星系。

“尽管如此,产生我们从宇宙的另一端探测到的高能辐射的精确机制并不为人所知,”Sarin博士说道,“这两项研究探索了一些迄今为止探测到的最极端的伽马射线暴。随着进一步的研究,我们将最终能回答我们思考了几十年的问题,即伽马射线暴是如何工作的。”

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