宇宙最极端的神秘闪光：能量一秒钟内令整个星系黯然失色

北京时间 11 月 5 日消息，据国外媒体报道，宇宙中充满了明亮的光，跨越了整个电磁光谱。尽管这些光绝大部分来自像太阳这样的恒星，但我们也经常会看到一些短暂而明亮的闪光，甚至比整个星系本身还要亮。其中一些最亮的闪光被认为是在剧烈变化的事件中产生的，比如大质量恒星的死亡，或者两颗恒星残骸 -- 比如中子星 -- 的碰撞。长期以来，科学家一直在研究这些明亮的闪光，即所谓的"瞬变"（transients），以了解恒星的死亡和后续变化，以及宇宙的演变。

有时候，天文学家会遇到一些与预期不符的瞬变现象，这让长期预测各种瞬变现象的理论研究者感到十分困惑。2014 年 10 月，在美国国家航空航天局（NASA）钱德拉 X 射线空间望远镜对南方天空进行的一项长期监测中，研究人员发现了被称为 CDF-S XT1 的神秘瞬变，其明亮状态可持续数千秒。CDF-S XT1 在 X 射线中释放的能量相当于太阳在 10 亿年多的时间里所释放的能量。自这项最初发现以来，天体物理学家已经提出了许多假说来解释这一瞬变现象，然而直到现在仍没有定论。

在最近的一项研究中，澳大利亚天体物理学家团队发现，对 CDF-S XT1 的观测结果与之前所预测的来自高速（接近光速）射流的辐射测相符。这种"外流"只能在极端的天体物理条件下产生，比如一颗恒星被一个巨大黑洞撕裂并最终坍塌，或者是两颗中子星的碰撞。

研究发现，CDF-S XT1 所释放的辐射很可能是两颗中子星合并产生的。这一发现使 CDF-S XT1 类似于 2017 年的一项重大发现：GW170817。GW170817 是激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座干涉仪（VIRGO）在当年 8 月 17 日观测到的引力波事件，出自两颗中子星的合并，而在此之前的数次引力波事件都出自于两个黑洞的碰撞。CDF-S XT1 与地球的距离是 GW170817 的 450 倍，这个巨大的距离意味着这种合并发生在宇宙历史的早期；这也可能是迄今为止观测到的最远的中子星合并。

发生碰撞并合并的中子星是宇宙中产生金、银、钚等重元素的主要场所。由于 CDF-S XT1 在宇宙历史的早期就出现了，因此这一发现将有助于加深研究者对地球化学丰度和元素的理解。

在更近的 2020 年 1 月，对另一个瞬变 AT2020blt 的观测 -- 主要是通过兹威基瞬态设施完成的 -- 也令天文学家感到困惑。该瞬变的光就像大质量恒星坍塌时高速流出的辐射。这种外流通常会产生能量更高的伽马射线，但这一次，它们从数据中消失了，没有被观测到。天文学家推测，这些伽马射线的缺失可能有以下三种原因：（1）伽马射线并没有产生；（2）伽马射线的方向远离地球；（3）伽马射线太过微弱，以至于观测不到。

在另一项研究中，表明 AT2020blt 可能确实产生了指向地球的伽马射线，只是它们非常微弱，被目前的探测仪器忽略了。结合其他类似的瞬变观测结果，这种解读意味着我们正开始理解这个谜团，即在整个宇宙的剧烈爆发事件中，伽马射线是如何产生的。

这类明亮瞬变现象被统称为伽玛射线暴，包括 CDF-S XT1、AT2020blt 和 AT2021any 等，它们所产生的能量足以在一秒钟内令整个星系黯然失色。

即便如此，对宇宙另一端所探测到的高能辐射还缺乏了解，其精确机制还是未知的，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，我们将能够最终回答一个思考了几十年的问题：伽马射线暴究竟是如何发生的？

瞬变天文事件

瞬变天文事件是指持续时间极短的天文事件。当然，为了区别天文学上最常遇到的动辄上亿年的天文演变过程，持续时间从几秒到若干年的现象都可能被称为瞬变天文事件。典型的瞬变天文事件包括超新星和伽马射线暴等。尽管这类现象一直受到天文学家的关注，但由于技术原因，对瞬变天文事件的研究直到近几十年才有较大进展。

在望远镜被广泛应用于天文研究后，尽管人们因此能够看到更暗的天体，但由于望远镜较小的视场，且越大口径的望远镜通常视场越小，使得发现亮度较低的瞬变天文事件依然十分困难。近几十年来，随着望远镜技术的飞速发展，天文学家得以观测到大量的瞬变天文事件。著名的探测瞬变天文事件的设备包括帕洛马瞬变设施、雨燕卫星、泛星计划、卡塔娜莉瞬变源巡天等，以及瞬变源巡天项目包括兹威基瞬变设施和大型巡天望远镜等。