美国宇航局航天器揭露席卷太阳系的高能爆炸-附近银河系的电磁爆发

科学家认为，编为GRB 200415A的巨大耀斑始于磁星磁场的突然重排，这可能是由地震引起的。这种变化产生了快速，有力的X射线和伽马射线（洋红色）脉冲。该事件还喷射出一团电子和正电子，它们以大约99％的光速行进。

2020年4月15日，一阵短暂的高能光扫过了太阳系，触发了一些NASA和欧洲航天器上的仪器。现在，多个国际科学团队得出结论，爆炸来自位于邻近星系的超磁化恒星残余物，即磁石。

这一发现证实了人们长期以来的怀疑，即某些伽马射线爆发（GRB）（几乎每天都在天空中探测到的宇宙爆发）实际上是来自离家较近的磁星产生的强大耀斑。

到2020年4月15日，仅持续140毫秒的X射线和伽马射线脉冲就席卷了整个太阳系。该事件是来自磁石的巨大火炬，磁石是一种城市规模的恒星残留物，具有已知的最强磁场。观看以了解更多信息。

“这一直被认为是一种可能性，自2005年以来观察到的几个GRB都提供了诱人的证据，”加州大学伯克利分校太空科学实验室资深太空研究员Kevin Hurley说，他与几位科学家一起讨论了这一问题。在美国天文学会的第237次虚拟会议上爆发。“ 4月15日的事件改变了游戏规则，因为我们发现爆炸几乎可以肯定地位于附近星系NGC 253的盘中。”

分析该事件不同方面及其影响的论文发表在《自然》和《自然天文学》杂志上。

GRB是宇宙中最强大的爆炸，可以在数十亿光年内被检测到。持续时间不到两秒的短伽玛暴，发生在一对绕轨道运行的中子星-爆炸恒星的压碎残余物-互相旋转并融合时。天文学家在2017年的至少一些短伽玛暴确认了这种情况，这是中子星合并1.3亿光年后产生的引力波（时空的涟漪）之后爆发的。

磁场是具有最强磁场的中子星，其强度是典型中子星的一千倍，而强度是冰箱磁体的十万亿倍。对磁场的适度干扰会导致磁星爆发，并伴有零星的X射线爆发，持续数周或更长时间。

很少有磁星产生巨大的爆发，称为巨大的耀斑，产生高能射线，即伽马射线。

现在，在我们银河系中编入目录的29个磁星中，大多数都有偶发的X射线活动，但只有两个产生了巨大的耀斑。2004年12月27日发现的最近一次事件，尽管距我们约28,000光年远的磁星云爆发，但仍在地球的高层大气中产生了可测量的变化。

在2020年4月15日美国东部时间凌晨4:42之前不久，短暂而强大的X射线和伽马射线爆发扫过了火星，触发了NASA的火星奥德赛航天器上的俄罗斯高能中子探测器，该探测器自此以来一直绕着红色行星运行2001。大约6.6分钟后，爆炸触发了NASA的Wind卫星上的俄罗斯Konus仪器，该卫星绕地球与太阳之间的某个点运行，该点位于约930,000英里（150万公里）之外。再过4.5秒后，辐射就通过了地球，触发了NASA费米伽马射线太空望远镜，欧洲航天局的INTEGRAL卫星和国际空间站上的大气-空间相互作用监测器（ASIM）上的仪器。

这次喷发发生在美国宇航局尼尔·盖勒斯斯威夫特天文台的爆炸警报望远镜（BAT）视野之外，因此其机载计算机没有对地面的天文学家发出警报。但是，由于有了一种称为“新机遇伽玛射线紧急存档器”（GUANO）的新功能，Swift团队可以在其他卫星突发触发时回传BAT数据。对这些数据的分析为事件提供了更多的见解。

辐射脉冲仅持续140毫秒-相当于眨眼或手指跳动的速度。

巨大的耀斑，分类为GRB 200415A，在不同的时间到达了不同NASA航天器上的探测器。每对仪器都在不同的天空中确定了可能的位置，但是这些波段在明亮的旋涡星系NGC 253的中心部分相交。对于位于银河系之外的磁星来说，这是目前最精确的位置。

Fermi，Swift，Wind，Mars Odyssey和INTEGRAL任务都参与了称为行星际网络（IPN）的GRB定位系统。IPN现在由费米（Fermi）项目资助，自1970年代末以来一直使用位于整个太阳系中的不同航天器进行操作。由于信号在不同的时间到达每个探测器，因此它们中的任何一对都可以帮助缩小爆炸在天空中的位置。航天器之间的距离越远，该技术的精度就越高。

IPN在4月15日爆发，称为GRB 200415A，正好位于NGC 253的中央区域，NGC 253是一个明亮的旋涡星系，位于星座雕刻家中约1,140万光年。这是迄今为止确定的最精确的天空位置，这是位于大麦哲伦星云之外的电磁星的位置，这是我们银河系的卫星，并且在1979年观测到巨大的耀斑，这是有史以来第一次被探测到。

银河系中的磁星产生的巨大耀斑及其卫星以独特的方式演化，迅速达到峰值亮度，然后逐渐出现波动的尾波。这些变化是由于磁星的旋转而产生的，它反复地将耀斑的位置带入和带出了地球，就像灯塔一样。

观察到这条起伏的尾巴是巨大耀斑的确凿证据。但是，从数百万光年的距离来看，这种辐射太暗了，无法用当今的仪器检测到。由于缺少这些签名，因此我们银河系附近的巨大耀斑可能伪装了距离更远，功能更强大的合并型GRB。

大学空间研究协会科学技术研究院副研究员奥利弗·罗伯茨（Oliver Roberts）指出，对费米伽马射线爆破监测仪（GBM）和斯威夫特BAT的数据进行的详细分析提供了有力的证据，表明4月15日的事件与并购没有任何爆发。领导这项研究的阿拉巴马州亨茨维尔市。

特别是，这是自费米（Fermi）2008年发射以来首次发生的巨大耀斑，而GBM能够在微秒级的时间尺度上解决变化的能力被证明是至关重要的。这些发现揭示出多个脉冲，第一个脉冲仅在77微秒内出现-大约是相机闪光灯的速度的13倍，比合并产生的最快GRB的速度快100倍。GBM还检测到了在耀斑过程中能量的快速变化，这是以前从未观察到的。

罗伯茨说：“我们银河系中的巨大耀斑是如此耀眼，以至于它们淹没了我们的仪器，使它们无法把握自己的秘密。”“ GRB 200415A和类似的遥远耀斑首次使我们的仪器能够捕捉到每一个特征，并以无与伦比的深度探索这些强大的爆发。”

巨大的耀斑鲜为人知，但天文学家认为它们是磁场突然重新排列的结果。一种可能是，磁石表面上方的磁场可能会扭曲得太厉害，在其沉降为更稳定的配置时会突然释放能量。另外，磁层地壳的机械故障-地震-可能会触发突然的重新配置。

罗伯茨和他的同事们说，这些数据显示了喷发过程中地震振动的一些证据。费米GBM记录的最高能量X射线达到300万电子伏特（MeV），大约是蓝光能量的一百万倍，本身就是巨型耀斑的记录。研究人员说，这种发射是由一团以电子和正电子运动的光子以大约99％的光速运动引起的。发射的持续时间短，其亮度和能量不断变化，反映出电磁体的旋转，像汽车的前大灯转弯一样上下倾斜。罗伯茨（Roberts）将其描述为不透明的斑点-他将其描绘为类似于“星际迷航”系列中的光子鱼雷-随行进时会扩散和扩散。

鱼雷也是这次活动最大的惊喜之一。费米的主要仪器大面积望远镜（LAT）也探测到三条伽玛射线，其能量分别为480 MeV，13亿电子伏（GeV）和1.7 GeV，这是有史以来从磁星巨大火炬中探测到的最高能量的光。令人惊讶的是，所有这些伽玛射线都在其他仪器减少了耀斑之后很久才出现。

加利福尼亚州斯坦福大学的高级研究科学家Nicola Omodei带领LAT小组研究了这些伽玛射线，这些伽玛射线在主要事件发生后的19秒到4.7分钟之间到达。科学家得出的结论是，该信号很可能来自电磁耀斑。他说：“要让LAT在天空的同一区域和与耀斑几乎同时地检测到一个随机的短GRB，我们平均要等待至少600万年。”

磁星会稳定地流出快速移动的颗粒。当它在太空中移动时，这种流出物会犁入星际气体，使其变慢并发呆。气体堆积，变热并压缩，并形成一种称为弓形激波的激波。

在LAT小组提出的模型中，耀斑的伽马射线初始脉冲以光速向外传播，随后是几乎一样快地移动的喷射物质云。几天后，他们俩都达到了弓箭震撼。伽马射线穿过。几秒钟后，粒子云-现在膨胀成一个巨大的薄壳-在船首震动时与积聚的气体相撞。这种相互作用会产生冲击波，使粒子加速，从而在主脉冲爆发后产生最高能量的伽玛射线。

4月15日的耀斑证明这些事件构成了它们自己的GRB类。位于巴吞鲁日的路易斯安那州立大学物理与天文学助理教授埃里克·伯恩斯（Eric Burns）领导了一项研究，该研究使用来自多个任务的数据调查了更多犯罪嫌疑人。研究结果将发表在《天体物理学杂志快报》上。2005年的M81星系和2007年的仙女座星系（M31）附近的爆炸已经被认为是巨大的耀斑，该团队还发现了M83的耀斑，这在2007年也见过，但新近报道。此外，还有1979年以来的巨大耀斑以及1998年和2004年在我们银河系中观测到的耀斑。

伯恩斯说：“这只是一个很小的样本，但是我们现在对它们的真实能量以及我们能探测到多远有了一个更好的认识。”“短的GRB中可能有百分之几确实是磁星巨大的耀斑。实际上，它们可能是迄今为止我们在银河系以外发现的最常见的高能爆发，大约是超新星爆发的五倍。”

阅读航天器检测附近星系中的巨型耀斑，以获取有关此研究的更多信息。

参考：

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OJ Roberts，P.Veres，MG Baring，MS Briggs，C.Kouveliotou，E.Bissaldi，G.Younes，SI Chastain，JJ DeLaunay和D.Huppenkothen撰写的“ NGC 253中来自磁星的巨大火炬的快速光谱变化” ，A。Tohuv​​avohu，PN Bhat，E。Göğüş，AJ van der Horst，JA Kennea，D。Kocevski，JD Linford，S。Guiriec，R.Hamburg，CA Wilson-Hodge和E. Burns，2021年1月13日，自然。 DOI：
10.1038 / s41586-020-03077-8

Fermi-LAT协作组织于2021年1月13日在《自然天文学》上发表的论文“雕刻家星系中的磁星巨大耀斑产生的高能发射”。
10.1038 / s41550-020-01287-8