科学家首次利用ALMA捕捉到爆炸性中子星合并带来的毫米波光

研究人员首次利用美国国家科学基金会国家射电天文台（NRAO）运营的国际天文台--阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA），捕捉到了中子星和另一颗恒星合并带来的强烈爆炸的毫米波光。

科学家们还确定，这个光爆是有史以来观察到的最强大的短伽马射线暴之一，产生了有史以来最明亮的余辉之一。这些发现最近发表在《天体物理学杂志通讯》上。

宇宙中最明亮和最有能量的爆炸--伽马射线暴（GRBs），在几秒钟内产生的能量可能比我们的太阳在其整个生命中产生的能量还要多。GRB 211106A属于GRB的一个子类，称为短伽马射线暴。含有中子星的双星系统的灾难性合并导致了这些爆炸，这些爆炸被认为是宇宙中最重金属的来源，如铂和金。

Tanmoy Laskar说：“这些合并的发生是因为引力波辐射从双星的轨道上移走了能量，导致恒星向对方螺旋式上升，”他即将开始在犹他大学担任物理学和天文学副教授。“由此产生的爆炸伴随着以接近光速运动的喷流。当这些射流之一对准地球时，我们观察到短脉冲的伽马射线辐射或短伽马射线暴。”

一个短伽马射线暴通常只持续十分之几秒。科学家们随后寻找余辉，这是喷射器与周围气体相互作用而引起的光的发射。即使如此，它们也很难被探测到；只有少数短伽马射线暴在无线电波段被探测到，而且直到现在还没有在毫米波段被探测到。 Laskar在荷兰拉德堡大学担任卓越研究员时领导了这项研究，他说，困难在于与GRB的巨大距离，以及望远镜的技术能力。

“短GRB的余辉是非常光亮和有能量的。但是这些爆炸发生在遥远的星系中，这意味着对我们地球上的望远镜来说，它们发出的光可能相当微弱。在ALMA之前，毫米级望远镜的灵敏度不足以探测到这些余晖。”

在距离地球大约200亿光年的地方，GRB 211106A也不例外。来自这个短伽玛射线暴的光是如此微弱，以至于虽然早期用NASA的尼尔-盖尔斯-斯威夫特天文台进行的X射线观测看到了爆炸，但在该波长下无法探测到宿主星系，而且科学家也无法确定爆炸究竟来自哪里。

“余晖对于确定爆炸来自哪个星系和了解爆炸本身至关重要。最初，当只有X射线对应物被发现时，天文学家认为这个爆发可能来自附近的星系，”Laskar说，并补充说，该地区大量的灰尘也掩盖了该天体体，使其无法被哈勃太空望远镜的光学观测所发现。

每一个波长都为科学家们对GRB的理解增加了一个新的维度，尤其是毫米波，对于揭开这个爆发的真相至关重要。“哈勃的观测揭示了一个不变的星系领域。ALMA无与伦比的灵敏度使我们能够更精确地确定GRB在该领域中的位置，结果发现它在另一个较远的微弱星系中。” Laskar说：“这反过来意味着这个短伽马射线暴比我们最初想象的还要强大，使它成为有记录以来最光亮和最有能量的一个。”

西北大学物理和天文学助理教授方文辉补充说：“这个短伽马射线暴是我们第一次尝试用ALMA观测这样的事件。短时间爆发的余辉非常难得，所以能捕捉到这一事件的闪光是非常壮观的。在观察这些爆发多年之后，这一令人惊讶的发现开辟了一个新的研究领域，因为它促使我们在未来用ALMA以及其他望远镜阵列观察更多的此类事件。”

NRAO/ALMA的国家科学基金会项目官员Joe Pesce说：“这些观测在很多方面都非常棒。它们提供了更多的信息来帮助我们理解神秘的伽马射线暴（以及一般的中子星天体物理学），并且它们证明了空间和地面望远镜的多波长观测对于理解天体物理现象是多么重要和互补。”

而且还有很多工作要在多个波长上进行，包括新的GRB和GRB 211106A，这可能会发现关于这些爆发的更多惊喜。哈佛大学天文学教授Edo Berger说：“对短GRB的研究需要迅速协调世界各地和太空中的望远镜，在所有波长下运行。”

“在GRB 211106A的案例中，我们使用了一些现有的最强大的望远镜--ALMA、美国国家科学基金会的Karl G. Jansky甚大天线阵（VLA）、美国宇航局的钱德拉X射线天文台以及哈勃太空望远镜。有了现在运行的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST），以及未来的20-40米光学和射电望远镜，如下一代VLA（ngVLA），我们将能够产生这些灾难性事件的完整图像，并在前所未有的距离上研究它们。”

Laskar补充说：“有了JWST，我们现在可以拍摄宿主星系的光谱，并很容易知道距离，将来我们还可以利用JWST来捕捉红外余辉，并研究其化学成分。通过ngVLA，我们将能够以前所未有的细节研究余辉的几何结构和在其宿主环境中发现的成星燃料。我对我们领域即将出现的这些发现感到兴奋。”