科学家们首次记录到由一颗中子星与另一颗恒星合并引起的炽热爆炸产生的毫米波光。

在西北大学和荷兰拉德布德大学的领导下，该团队还证实了这次闪光是有史以来观测到的最有活力的短时伽马射线暴 (GRB) 之一，留下了有记录以来最明亮的余辉之一。

天体物理学家通过国家科学基金会的国家射电天文台 (NRAO) 运营的国际天文台阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 发现了这一发现。ALMA阵列位于智利的高海拔阿塔卡马沙漠，由66个射电望远镜组成，是世界上最大的射电望远镜。

“这次短暂的伽马射线暴是我们第一次尝试用 ALMA 观察这样的事件，”西北大学 的 ALMA 计划首席研究员Wen-fai Fong说。“很难获得短暂爆发的余辉，因此能够捕捉到这一事件如此耀眼的光芒真是太壮观了。经过多年观察这些爆发，这一令人惊讶的发现开辟了一个新的研究领域，因为它激励我们在未来用 ALMA 和其他望远镜阵列观察更多这些爆发。”

该研究将发表在即将出版的《天体物理学杂志快报》上。

Fong 是西北大学温伯格文理学院物理学和天文学助理教授，也是 天体物理学跨学科探索与研究中心 (CIERA) 的重要成员 。西北大学的合著者包括 Alicia Rouco Escorial、Genevieve Schroeder、Jillian Rastinejad、Charles Kilpatrick、Kate Alexander 和 Anya Nugent。

极致能量

作为宇宙中最明亮、最有活力的爆炸，伽马暴能够在几秒钟内释放出比我们的太阳在其整个生命周期中释放出的能量还要多的能量。在这项新研究中，天体物理学家检查了 GRB 211106A，它属于称为短持续时间伽马射线爆发的 GRB 亚类。负责创造宇宙中最重的元素，如铂和金，这些爆炸是由至少包含一颗中子星的双星系统的灾难性合并造成的。

“在观察了十年短伽马之后，见证使用这些新技术揭开来自宇宙的惊喜礼物的力量真是令人惊叹。” — 方文辉，天体物理学家

“这些合并是引力波的极好来源，使它们成为可以用引力波和光观察到的主要多信使宇宙源，”Fong 说。“虽然这个 GRB 超出了当前引力波观测站的范围，但我们仍然能够动员几个观测站来捕捉它在毫米、无线电和 X 射线波长中的光。”

“这些合并的发生是因为引力波辐射会从双星的轨道上移除能量，导致恒星彼此盘旋，”该研究的主要作者、拉德布德大学卓越研究员 Tanmoy Laskar 说。“由此产生的爆炸伴随着以接近光速移动的喷流。当其中一个喷流指向地球时，我们会观察到伽马射线辐射的短脉冲或短持续时间的 GRB。”

毫米的重要性

持续时间短的 GRB 通常只持续十分之几秒。在它消退后，科学家们寻找余辉，一种由射流与周围气体相互作用引起的光发射。即便如此，短时 GRB 也很难检测到。在无线电波长上只检测到了六种短时 GRB，直到现在，还没有在毫米波长上检测到。

“毫米波长可以告诉我们关于 GRB 周围环境的密度，”研究合著者、Fong 研究小组的研究生 Schroeder 说。“而且，当与 X 射线结合时，它们可以告诉我们爆炸的真实能量。因为毫米波长的发射可以比 X 射线检测到更长的时间，所以毫米发射也可以用来确定 GRB 射流的宽度。”

“让 GRB 211106A 如此特别的原因在于，它不仅是我们在该波长探测到的第一个短时 GRB，而且由于毫米波和无线电探测，我们可以测量射流的张角，”Rouco Escorial 补充道， CIERA 的研究合著者和博士后研究员。“毫米波段和无线电波段为我们提供了测量射流张角所需的信息。这对于推断我们宇宙中短伽马暴的实际速率并将它们与双中子星或中子星与黑洞合并的速率进行比较至关重要。”