高能與多信使天體物理

伽馬射線暴餘暉

伽馬射線暴本身幾秒鐘就結束了,那是一道太短暫、位置又太不精確的閃光,難以細究。但暴並不是故事的終點。伽馬射線消退之後,天空上同一處仍繼續發光——先是 X 射線,接著是紫外和可見光,再到射電——在數小時、數天、數週裡緩緩黯淡。這道揮之不去的輝光就是餘暉,而我們關於伽馬射線暴所知的大部分,實際上正來自它。

餘暉來自暴的噴流撞進周圍稀薄的氣體。噴流以幾乎光速運動,把一道激波推進周圍的物質;這道激波加速電子(透過費米加速),電子便在整個波段上發出同步輻射光。隨著噴流減速、激波減弱,輝光逐漸黯淡,並從高能向低能移動——這正是為什麼一道最初在 X 射線下被看到的餘暉,後來在射電下最容易捕捉。餘暉比暴本身暗得多,但它持續的時間足夠長,讓世界各地的望遠鏡能夠研究它。

餘暉從 1990 年代末起徹底改變了伽馬射線暴的研究。正因為它會逗留,它讓天文學家得以鎖定一次暴的精確位置、認出它所在的星系、並測出它的距離——從而證明暴位於幾十億光年之外,因此其威力驚人。餘暉緩慢的黯淡和不斷變化的顏色,還揭示出噴流的結構和周圍環境的密度,而黯淡過程中突然變陡,可能洩露出噴流的邊緣,幫助測量這次暴的聚束有多緊。

1997 年,天文學家在一次暴的位置上捕到一道正在消退的 X 射線餘暉,接著是一道可見光輝光,並把它追溯到一個暗淡的遙遠星系。測量那個星系的紅移,終於了結了一場持續數十年的爭論:伽馬射線暴是宇宙學尺度的,位於幾十億光年之外,而非近鄰。給出答案的是餘暉,而不是暴本身。

暴之後緩慢消退的輝光——X 射線、可見光、再到射電——它揭示出距離和噴流。

餘暉不是第二次爆炸——它是同一道噴流在撞進周圍氣體時仍在發光,隨著減速而向越來越低的能量移動。快速捕捉它很重要:可見光餘暉可以在一天之內黯淡上百倍。

又稱
GRB afterglow暴余辉暴餘暉