科学家确定了“BOAT”：有史以来最明亮的宇宙爆炸的起源

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Space.com：科学家确定了“BOAT”：有史以来最明亮的宇宙爆炸的起源

使用韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope，简称JWST），科学家们终于解开了被称为“BOAT”的神秘起源，这可能是自大爆炸以来最大的宇宙爆炸。

有史以来最亮的伽马射线爆发（因此得名Brightest Of All Time，简称BOAT），似乎是由一颗位于大约240万光年之外的巨大恒星死亡，和坍缩时伴随的超新星爆炸引发的。

这一事件很可能也导致了一个黑洞的诞生。

然而，通过解开这个宇宙之谜，这支天体物理学家团队却开启了另一个天体之谜。这是因为像金和铂这样的重元素痕迹，人们预期这种超新星周围会留下这样的痕迹，但却无处可寻。

西北大学（Northwestern University）科学家、团队负责人彼得·布兰查德（Peter Blanchard）在一份声明中说，“这是地球每1万年才能见到一次的事件，该事件产生了一些卫星设计用来探测伽马射线时记录到的最高能量的光子。”

布兰查德补充说，“当我们确认GRB是由一颗巨大恒星的坍缩引发时，这给了我们一个测试假设的机会，即宇宙中一些最重的元素是如何形成的，我们没有看到这些重元素的迹象，这表明像BOAT这样极端能量的GRB并不产生这些元素。”

科学家们没有错过BOAT

BOAT，正式编号为GRB 221009A，最初在2022年10月9日被发现，它由于其极端的特性立即从其他GRB中脱颖而出。

天文学家观察到它作为一个极其明亮的高能伽马射线闪光，随后是多波长光的衰减余辉。

这个强大的GRB最初是由伽马射线和X射线望远镜发现的，包括NASA的费米伽马射线空间望远镜（Fermi Gamma-ray Space Telescope）和尼尔·盖雷尔斯·斯威夫特天文台（Neil Gehrels Swift Observatory）。

在BOAT最初被探测到后，惊讶的天文学家们急忙寻找其潜在的来源。他们将望远镜指向天箭座（Sagitta），相信答案就在那里。

BOAT的发现者之一、西北大学物理与天文学副教授、方组（Fong Group）的领导 Wen-fai Fong 在发现时说，“自从我们能够探测到GRB以来，毫无疑问，这是我们目睹的最亮的GRB，比其他的亮10倍以上”。

然而，布兰查德和同事们并没有急于追踪BOAT。

相反，他们想要观察BOAT的演变，并在其后期阶段跟踪它。

因此，他们在BOAT首次被发现大约六个月后，用JWST观察了衰减的伽马射线爆发。

有史以来最亮的伽马射线爆发，由斯威夫特X射线望远镜在爆发后大约一小时观察到。

布兰查德说，“GRB非常明亮，以至于在爆发后的最初几周和几个月内，它遮蔽了任何潜在的超新星特征，在这些时刻，所谓的GRB余辉就像一辆直冲你而来的汽车的前灯，阻止你看到汽车本身。

“所以，我们不得不等到它显著衰减，才有机会看到超新星。”

使用JWST的近红外光谱仪（NIRSpec）仪器，布兰查德和同事们观察了BOAT的红外余辉。这揭示了像钙和氧这样的元素的特征，这些都是超新星的特征。

然而，令人惊讶的是，尽管BOAT是迄今为止探测到的同类中最强大的宇宙爆发，但它所创造的超新星实际上看起来对于这样的爆炸性恒星死亡来说相当普通。

布兰查德说，“它并不比之前的超新星更亮。在其他与较不具能量的GRB相关的超新星的背景下看，它看起来相当普通，你可能会期待，同一颗坍缩的恒星产生一个非常有能量和明亮的GRB，也会产生一个非常有能量和明亮的超新星。但事实并非如此。我们有这个极其明亮的GRB，但一个普通的超新星。”

一个大型明亮的白色火球恒星发射出一个炽热的球体

团队目前不确定一个“普通”的超新星如何能创造出像BOAT这样巨大的能量爆炸。

团队成员、犹他大学（University of Utah）物理学助理教授塔莫伊·拉斯卡（Tammoy Laskar）认为，极端的GRB可能是由坍缩的巨大恒星在形成黑洞时发射的接近光速的喷射物的形状和结构引起的。

如果一颗巨大的恒星在坍缩时快速旋转，那么它发射出的光束就会很窄，更加集中，因此，也更亮。

拉斯卡说，“这就像将手电筒的光束聚焦成一个狭窄的柱，而不是洒向整个墙壁的宽光束，事实上，这是迄今为止观察到的伽马射线爆发中最窄的喷射之一，这给我们一个提示，为什么余辉看起来像它那样明亮。

“可能还有其他因素负责，这是研究者们将在未来几年研究的问题。”

此外，这种超新星的另一个值得深入调查的方面不是它所拥有的，而是它似乎缺乏的那些东西。

缺失的元素

恒星的核心就像恒星炉子一样，将轻元素融合在一起，逐渐形成越来越重的元素。这一过程会形成直至铁的元素，但在此之后，即使是最大的恒星也难以融合出金和铂等更重的元素。

多年来，科学家们一直怀疑，这些相对较重的元素是在被称为中子星的密集、死亡的恒星相撞时产生的，JWST最近在帮助确认这一理论方面发挥了关键作用。

然而，研究人员也认为，能够发射GRB的超新星周围的极端环境可以促进中子的“快速捕获”或称为“r过程”，这一过程可以锻造出如金等元素。

这种推测的原因是，中子星碰撞似乎太罕见，无法解释科学家在早期宇宙中观察到的比铅更重元素的数量。

布兰查德说，“很可能还有其他来源。二元中子星合并需要很长时间。在二元系统中的两颗恒星首先必须爆炸，留下中子星。然后，这两颗中子星可能需要数十亿年的时间才能慢慢靠近并最终合并，但对非常古老的恒星的观察表明，宇宙的某些部分在大多数二元中子星合并之前就已经富含重金属了。

“这指向了我们一个替代途径。”

这种替代途径曾被理论化为一颗快速旋转且巨大的恒星的坍缩，正是这种事件科学家们现在已经确认发射了BOAT。

使用JWST，团队能够深入这颗超新星的深层，那里应该锻造出比铁更重的元素。

布兰查德说，星体爆炸的物质在早期是不透明的，所以你只能看到外层，但一旦它扩张并冷却，它就变得透明了。然后，你可以看到来自超新星内层的光子。

此外，不同元素在不同波长吸收和发射光子，这取决于它们的原子结构，使每个元素都有独特的光谱特征。

这意味着观察一个物体的光谱可以告诉天文学家哪些元素存在。

在检查BOAT的光谱时，我们没有看到任何重元素的迹象，这表明像GRB 221009A这样的极端事件不是主要来源，这是极其重要的信息，因为我们继续尝试确定最重元素是在哪里形成的。

布兰查德还说，未在BOAT的超新星源周围探测到重元素并不意味着科学家们应该放弃研究GRB通道的重元素生成。

“这并不意味着所有的GRB都不产生它们，但这是我们继续了解这些重元素来源的关键信息，，未来使用JWST的观察将决定BOAT的‘普通’表亲是否产生这些元素。”

除了进一步了解BOAT并使用JWST确认其起源外，该团队还能够探测到事件宿主星系中一次强烈的恒星形成活动的特征。这表明产生BOAT的恒星可能在与其他超新星恒星不同的环境中形成。

这个星系的一个特点可能有助于进一步揭开BOAT的秘密，那就是它似乎具有较低的比氢或氦更重的元素浓度，天文学家称之为“金属”。

团队成员、宾夕法尼亚州立大学（Penn State University）的研究生Yijia Li在声明中说，“这是BOAT的另一个独特方面，可能有助于解释其特性”。

布兰查德总结道，“我们很幸运生活在一个时代，拥有技术可以探测到宇宙各地发生的这些爆发，能够观察到如B.O.A.T.这样罕见的天文现象，并努力理解这一非凡事件背后的物理机制，真是太激动人心了。”

这项研究于周五（4月12日）在《自然·天文学》杂志上发表。













来源：

https://www.space.com/boat-brigh ... -massive-star-death

By Robert Lea published 15 hours ago

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本文要点：

1. 使用韦伯太空望远镜，科学家们解开了被称为“BOAT”的宇宙最亮伽马射线爆发的起源，这是由一颗巨大恒星的死亡和坍缩引发的超新星爆炸造成的，这一事件可能还导致了黑洞的形成。

2. 尽管BOAT是迄今为止探测到的最强大的宇宙爆发，但由它产生的超新星在其他类似的超新星中看起来相当普通，没有观察到预期中的重元素如金或铂。

3. 研究强调了在极端宇宙事件中理解元素形成的复杂性，并指出超新星可能不是形成某些重元素的主要场所，这推动了对其他潜在源头的研究，如中子星合并。

这项研究不仅提供了关于BOAT事件的深入见解，还展示了未来研究中可能的新方向，例如探索更多关于宇宙中重元素形成的知识和理解不同类型超新星的物理特性。

此外，这项工作还突显了天文科学中跨学科合作的重要性，如何通过多个观察平台和理论模型相结合来解决复杂的宇宙现象。

麻瓜

对宇宙的探知还只是冰山一角…

bobova

吾生也有涯，而知也无涯。以有涯随无涯，殆已！已而为知者，殆而已矣！

宇宙浩瀚，真奇妙

abcd12345

谁能科普一下 什么叫重元素？

violots

abcd12345 发表于 2024-4-15 10:43
谁能科普一下 什么叫重元素？

搜的

abcd12345

violots 发表于 2024-4-15 10:49
搜的

非常感谢！

violots

图片都很漂亮，真的就像太空里的烟花
找到了最亮的那次烟花爆炸，不错