不寻常的伽马射线爆发揭示了以前未被发现的混合中子星合并事件

美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室的天体物理学家和实验室研究员克里斯-弗莱尔说："长期以来，天文学家认为伽马射线暴分为两类：来自内爆恒星的长时间爆发和来自合并的紧凑恒星物体的短时间爆发。但是在最近观察到的一个事件中，我们发现了一颗千禧年的新星和一个长时间的伽马射线暴，这给这个简单的画面带来了麻烦。"弗莱尔是今天（12月7日）发表在《自然》杂志上的一篇关于该现象的论文的共同作者和建模小组的负责人。

次新星/超新星是内爆物体产生的可见光瞬时物体，而千新星是紧凑物体合并产生的可见光瞬时物体，其中至少有一颗是中子星。伽马射线暴可以伴随这两种类型的瞬变体。超新星是大质量恒星爆炸时产生的；只有一小部分超新星产生于产生伽马射线暴的爆炸机制。

当中子星合并时，它们可以产生放射性喷出物，为千新星发出的信号提供动力，正如这张概念图所示。最近观察到的伽马射线暴看起来像超新星的喷射物，但结果却是一个以前未被发现的涉及千新星的混合事件的信号。资料来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室

伽马射线暴的长与短

长时间的伽马射线暴（长于两秒）通常与超新星有关，而短时间的伽马射线暴（少于两秒）通常与中子星合并有关。这些不同形式的可观察到的电磁辐射都被称为瞬态。中子星合并形成了一些最重的元素--也就是在周期表上超过铁的元素。

2021年12月11日，几个天文台和卫星记录了一个非常明亮的、50秒的伽马射线暴，以及与该爆发相关的光学、红外和X射线发射。这个长爆发相对较近 - 大约10亿光年的距离，位于不同于银河系的星系中，但其发射特征不符合长爆发事件的特征。相反，证据表明，在一个理论上但以前没有观察到的混合事件中，有一个紧凑的天体合并，产生一个千新星，但发出一个长时间的伽马射线暴。

"我们在洛斯阿拉莫斯的建模团队将观测结果与超新星和千新星模拟进行了比较，无法令人信服地将信号与超新星模型相匹配，而几个千新星模型则对光学和红外数据点进行了良好的匹配，"论文的共同作者、洛斯阿拉莫斯建模团队的成员Ryan Wollaeger说。"然而，要完全理解这种瞬态，还有更多的理论建模要做。"

对标准理解的挑战

"这次探测打破了我们对伽马射线暴的标准观念，"Eve Chase说，他也是论文的共同作者，洛斯阿拉莫斯的博士后和洛斯阿拉莫斯团队的成员。"我们不能再假设所有的短时暴都来自中子星合并，而长时暴则来自超新星。我们现在意识到，伽马射线暴更难分类。这次探测将我们对伽马射线暴的理解推到了极限。"

这次观测被称为GRB211211A，提供了混合事件的第一个直接证据。引力波观测将确认GRB211211A的性质，但不幸的是，像LIGO（激光干涉仪引力波观测站）这样敏感的引力波探测器在这次探测时没有参与。

弗莱尔说，尽管这个长时间的爆发挑战了人们对紧凑双星合并模型的公认理解，但合并还是解释了GRB211211A的所有其他观测特征。

弗莱尔和他的博士生导师斯坦-沃斯利在1999年创造并发展了被广泛接受的黑洞吸积盘范式，作为对两类伽马射线暴事件的最简单解释。根据这一范式，合并的紧凑天体及其引力吸引的物质晕（吸积盘）将产生短时的伽马射线暴。大质量恒星坍缩成超新星，具有较长寿命的吸积盘将产生较长的爆发。弗莱尔说，越来越多的观测结果支持这两类物体以及与之相关的恒星物体类型。