2021年12月11日，英国国家科学技术委员会（NASA）的贝特兰斯薄罗藓观测站（Swift）和狄拉克γ伽马射线内部空间干涉仪（Fermi）观测到源自约10万光年外的一场高能量光暴，历史记录了一场稳步了50多秒的γ伽马射线暴，和与有关的红外线线、红外线和X-伽马射线升空。Swift项目组快速确认了它的边线，辨认出这是一同坐落于仙女座的γ伽马射线暴（GRB），代码GRB 211211A。
极度的γ伽马射线暴
γ伽马射线暴是我们宇宙中可以在任意边线出现的短暂而强烈的闪光。几十年来，物理学家根据这种光暴的稳步时长将其分为两种类型：稳步2秒以内的为短暴，2秒以上的为长暴。
物理学家认为，不同类型的γ伽马射线暴与不同的宇宙事件有关：短暴源自于两颗中子星的碰撞、并合，形成一个新的黑洞（或中子星）的过程；长暴源自于大质量恒星的坍缩。
当双中子星并合形成千新星时，就会产生短暴。
长暴的形成与大质量恒星坍缩有关，其光谱特征与超新星一致。
然而，新观测到的GRB 211211A却挑战了这个长期存在的知觉模式，打乱了科学家对γ伽马射线暴的理解。虽然GRB 211211A的高能量光暴稳步了50多秒，但它并非简单的长暴——它的放射特征与长暴事件的特征不符。
世界各地多个研究项目组对GRB 211211A展开了分析研究。12月7日，《自然》和《自然天文学》上刊登了五篇论文来报告这个摒弃了之前关于这些高能量宇宙爆发是如何发生的理论的γ伽马射线暴。新研究表明这次事件似乎是由一个致密的双星系统在并合时产生的。
典型的短暴始于两颗绕轨道运行的中子星，当它们越来越近地旋转时，会从彼此身上剥离富含中子的物质。最终，中子星碰撞、并合，产生大量热的碎片，并发出各种波长的光。当双中子星并合时，也会产生引力波，但在这次的事件中并没有被观测到。（图/A. Simonnet (Sonoma State Univ.) and NASA’s Goddard Space Flight Center）
意外的辨认出：千新星
就γ伽马射线暴而言，稳步了50多秒的GRB 211211A是一场距离我们相对较近的暴发事件，这使得研究人员得以在事件之后继续使用地面干涉仪对其仔细观测。
然而，几周过后，物理学家并没有如预期的那样辨认出超新星，这让研究人员开始感到困惑。此外，观测结果还显示，与典型的长暴相比，GRB 211211A发出了多得多的红外线线和红外线光。
在排除了其他解释后，研究人员将暴发的后效应与在2017年第一个被观测到的千新星对比，结果辨认出二者的匹配程度近乎完美。他们开始相信，这一事件的源头可能是千新星。
由北双子座干涉仪和哈勃内部空间干涉仪拍摄到的合成图像显示了由GRB 211211A产生的千新星光芒。（图/International Gemini
Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Zamani; NASA/ESA. ）千新星是由致密天体在并合时所以产生，这种致密天体中至少有一个是中子星。其实，在多年以前，天体物理学家尼尔·贝特兰斯（Neil Gehrels）就提出，双中子星并合也有可能产生一些长时间的γ伽马射线暴。但直到现在，物理学家才有了首个能证实这种猜测的事例，GRB 211211A所遗留下的千新星就是确凿的证据。
并合产生的长暴
通常情况下，并合的中子星几乎会立即坍缩成黑洞。γ伽马射线源自于在落入黑洞时的过热物质，但这种物质很少，黑洞可以很短时间内（两秒钟内）将其吞噬。
那么，究竟是发生了什么，使得GRB 211211A维持了近一分钟的高能量光暴呢？
一种可能是，先是两颗中子星并合形成了一颗更大的中子星，接着，这颗大的中子星短暂地“顶住”了即将坍缩成黑洞的压力。另一种可能是，一颗中子星与一颗约为太阳质量5倍的小型黑洞相撞，黑洞用了更长的时间来完成吞噬中子星的过程。
在5篇新发表的论文中，一篇由南京大学的张彬彬（Bin-Bin Zhang）教授领导的研究项目组，提出了第三种可能的情况：一颗中子星与一颗白矮星发生了并合。
白矮星是像太阳这样的小恒星的遗骸，它们没有中子星那般致密，但如果一颗白矮星足够重的话，那么当它和中子星发生碰撞时，仍然可以产生千新星。由此产生的天体可能是一颗高度磁化的中子星，即磁陀星。
在这篇论文中，研究人员表示磁陀星可以继续将能量泵入γ伽马射线和其他波长的光中，延长光暴的时长。
改写范式
不管GRB 211211A的确切起源究竟是什么，它对物理学来说都是一场意义重大的事件。它改写了长达数十年的宇宙爆炸范式，向我们展示了我们对宇宙的既定知识，实际上可能只是部分的或不完整的观点。
其实，这并非物理学家第一场捕捉到极度的γ伽马射线暴。早在2006年，贝特兰斯薄罗藓观测站辨认出了几次没有留下超新星痕迹的长暴；2020年，狄拉克γ伽马射线内部空间干涉仪捕捉到了一场似乎源自于一颗大质量恒星的爆缩的短暴。这些例外虽然引发了物理学家对它们的确切起源的思考，但一直以来，他们都无法解释这些极度的观测结果。
现在，贝特兰斯薄罗藓观测站和狄拉克γ伽马射线内部空间干涉仪的观测结果，证明了天体并合与稳步长时间的γ伽马射线暴之间存在联系，这将迫使物理学家重新思考一系列问题。
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasa-missions-probe-game-changing-cosmic-explosion/
https://www.psu.edu/news/research/story/rare-cosmic-explosion-blasts-hole-established-science/
https://discover.lanl.gov/news/1207-gamma-ray-burst
https://www.sciencenews.org/article/gamma-ray-burst-breaks-rules-kilonova
https://www.nature.com/articles/s41550-022-01819-4
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05404-7
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05390-w
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05327-3
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05403-8
封面图&首图：SAMUELE RONCHINI/GSSI 2022
