尖端的计算机模拟与理论计算相结合，正在帮助天文学家更好地了解宇宙中一些最具能量和神秘的光秀——伽马射线暴（GRB）的起源。新的统一模型证实，一些持久的伽玛暴是在宇宙合并之后产生的，宇宙合并产生了一个被巨大的诞生物质盘包围的婴儿黑洞。
天文学家此前认为，产生长伽玛暴的黑洞通常是在大质量恒星坍缩时形成的。然而，新模型表明，当两个致密物体合并时，例如一对中子星（大质量恒星致密、死亡的残余物）或黑洞和中子星合并，它们也会出现。这些发现解释了最近观察到的长伽玛暴，但天文学家无法将其与塌缩恒星联系起来。
该模拟的创建者于 11 月 29 日在《天体物理学杂志快报》上公布了他们的结果。
这项新研究的主要作者、熨斗研究所计算天体物理中心 (CCA) 研究员奥雷·戈特利布 (Ore Gottlieb) 表示：“我们的发现将观测结果与基础物理联系起来，统一了伽马射线爆发领域的许多未解之谜。” ）在纽约市。 “我们第一次可以观察GRB观测结果并了解黑洞形成之前发生了什么。”
模拟显示黑洞和中子星的合并如何产生强大的喷流和风，从而产生伽马射线爆发。一项新的研究提出了一个框架，将这种合并的物理原理与伽马射线爆发的观测联系起来。研究发现，黑洞和中子星等大质量物体的合并可以产生持久的伽马射线暴。奥雷·戈特利布
伽玛暴是宇宙中最明亮、最猛烈的事件之一。自 1967 年首次被发现以来，GRB 一直让天文学家眼花缭乱、困惑不解。即使几十年后，产生强大伽马射线爆发的确切机制仍然不确定。多年来，天文学家注意到了两种不同的伽马射线暴——一种持续时间不到一秒，另一些则持续 10 秒或更长时间。研究人员最终确定，短伽玛暴起源于两个致密天体合并后发射的喷流，而长伽马暴则可能在大质量旋转恒星塌陷期间发射喷流时出现。但在过去的一年里，两次不同寻常的长伽玛暴观测结果表明，坍缩的庞然大物并不是导致长伽玛暴的唯一原因。
戈特利布和他的同事进行了最先进的模拟，以测试大型致密天体的合并如何引发伽玛暴。新的模拟需要几个月的时间才能运行，并且部分是在熨斗研究所的一台超级计算机上进行的。当两个致密物体处于近距离轨道并跟随喷流直到远离合并地点时，新的模拟开始。这种方法使研究人员能够对所涉及的物理学做出更少的假设。通过将模拟与天文数据的约束相结合，科学家们构建了伽玛暴起源的统一模型。
研究人员确定，这种不寻常的伽马暴是在两个致密天体合并后产生的。合并后，这些物体会形成一个黑洞，周围环绕着一个巨大的吸积盘——一个由带磁剩余材料组成的快速旋转的甜甜圈——可以泵出长伽玛暴。模拟中的这些信息不仅可以帮助天文学家了解产生这些伽玛暴的物体，还可以了解它们之前发生的事情。
“如果我们看到像 2022 年观测到的那样的长伽玛暴，我们现在就知道它来自一个具有巨大圆盘的黑洞，”戈特利布说。 “知道有一个巨大的圆盘，我们现在可以算出两个父物体的质量比，因为它们的质量比与圆盘的属性有关。例如，不等质量中子星的合并将不可避免地产生持续时间较长的伽玛暴。”
科学家们希望使用统一模型来识别哪些物体产生了短伽玛暴。该模型表明，这些爆发可能是由具有较小吸积盘的黑洞引起的，或者它们可能来自称为超大质量中子星的物体，这是恒星的一种不稳定形式，会迅速坍塌形成黑洞，但不是在它发出短伽马暴之前。科学家们希望，通过对伽玛暴的更多观测，他们可以进一步完善模拟以确定所有伽马暴的起源。尽管伽玛射线暴目击事件仍然相对罕见，但天文学家的目标是在维拉·C·鲁宾天文台于 2025 年初开始观测时捕捉到更多伽玛射线暴。
“随着我们对不同脉冲持续时间的伽玛暴进行更多观测，我们将能够更好地探测为这些极端事件提供动力的中央引擎，”戈特利布说。
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