高能與多信使天體物理

短伽馬射線暴

伽馬射線暴持續時長裡的另一團,就是短暴——持續不到約兩秒、有時只有幾百分之一秒的閃光。正因為它們結束得太快,要精確研究反而更難,但結果它們來自與較長的同類截然不同的東西:不是單顆瀕死的恆星,而是兩具恆星遺骸的暴烈結合。

公認的成因是兩顆中子星(或一顆中子星和一個黑洞)的併合。兩具超緻密的恆星殘骸,各自比太陽還重,體積卻只有一座城市那麼大,在數百萬年裡相互盤旋靠攏,然後在最後幾分之一秒裡相撞。這次相撞能形成一個被熾熱盤環繞的黑洞,盤射出短促而快速的噴流——產生一次短伽馬射線暴。由於引擎幾乎瞬間耗盡,閃光便很短。而且由於這類併合可以在恆星形成早已結束之後才發生,短暴常常出現在較年老、較安靜的星系裡,這與長暴不同。

短伽馬射線暴在 2017 年成為現代天體物理最重要的天體之一,那一年一次中子星併合被同時以重力波和一次短暴捕獲。這單單一次事件確認了併合模型,表明這類相撞能鍛造出金、鉑這樣的重元素,並讓天文學家把重力的速度與光速作了比對。短暴是火花;重力波則是關於誰點燃了它的證明。

2017 年 8 月 17 日,重力波探測器感受到兩顆中子星盤旋併合;1.7 秒後,伽馬射線衛星從同一片天空捕到一次短暴。這是第一次,一次短伽馬射線暴有了一個我們還能透過時空結構感受到的、得到確認的成因。

不到兩秒的閃光,來自兩顆中子星的併合——2017 年由重力波確認。

並非每一次短暴都已完全鎖定——單憑持續時間可能誤導,有些來自中子星與黑洞的配對,而非兩顆中子星。但 2017 年的多信使事件,使併合圖景成為堅實首選的解釋。

又稱
short GRBmerger burst短暴短暴