利用计算机模拟和天文数据进行的新研究发现，一些持续时间较长的伽马射线暴（GRBs）是由宇宙合并形成黑洞引起的，这对以前认为伽马射线暴完全是由恒星坍缩引起的理论提出了挑战。这一突破使人们对伽马射线暴的起源有了更全面的了解。
弗拉提隆研究所的天体物理学家及其同事利用最先进的计算机模拟，使我们对黑洞如何产生宇宙中能量最高的爆发有了更清晰的认识。
尖端的计算机模拟与理论计算相结合，帮助天文学家更好地理解了宇宙中一些能量最大、最神秘的光现象--伽马射线暴（GRBs）的起源。新的统一模型证实，一些持续时间较长的伽玛射线暴是在宇宙合并后产生的，合并后产生的婴儿黑洞被一个巨大的原生物质盘包围。
天文学家以前认为，产生长GRB的黑洞通常是在大质量恒星坍缩时形成的。然而，新模型显示，它们也可能在两个致密天体合并时产生，比如一对中子星--大质量恒星的致密死亡残余物--或者一个黑洞和一个中子星。这些发现解释了最近观测到的长GRB，天文学家无法将其与恒星坍缩联系起来。
模拟的创造者于11月29日在《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上发表了他们的研究成果。
模拟显示了黑洞和中子星的合并如何产生产生伽马射线暴的强大喷流和风。一项新的研究提出了一个将这种合并的物理学原理与伽马射线暴观测结果联系起来的框架。研究发现，黑洞和中子星等大质量天体的合并可以产生持久的伽马射线暴。资料来源：奥雷-戈特利布
这项新研究的第一作者、纽约市弗拉提龙研究所计算天体物理学中心（CCA）的研究员奥雷-戈特利布（Ore Gottlieb）说："我们的发现将观测结果与基础物理学联系起来，统一了伽马射线暴领域的许多未解之谜。"我们第一次可以通过对GRB的观测，知道黑洞形成之前发生了什么"。
GRB是宇宙中最亮、最剧烈的事件。自 1967 年首次被探测到以来，GRB 就一直让天文学家眼花缭乱、百思不得其解。即使几十年过去了，产生强大伽马射线爆炸的确切机制仍然不确定。多年来，天文学家注意到两种截然不同的伽玛射线暴--一种持续时间不到一秒，另一种则持续 10 秒或更长时间。研究人员最终确定，短GRB源自两个紧凑天体合并后发射的喷流，而长GRB则可能发生在大质量旋转恒星坍缩时发射的喷流中。但在过去一年中，两次不同寻常的长GRB观测表明，导致长GRB的并不仅仅是坍缩的庞然大物。
一个模拟的快照显示了黑洞和中子星的合并如何产生产生伽马射线暴的强大喷流和风。一项新的研究提出了一个框架，将这种合并的物理学原理与伽马射线暴的观测结果联系起来。研究发现，黑洞和中子星等大质量天体的合并可以产生持久的伽马射线暴。资料来源：奥雷-戈特利布
戈特利布和他的同事们进行了最先进的模拟，以测试大质量紧凑天体的合并如何引发伽玛射线暴。新的模拟耗时数月，部分是在弗拉蒂龙研究所的一台超级计算机上进行的。新的模拟从两个紧凑天体处于近轨道时开始，并跟踪喷流直到它们远离合并地点。这种方法使研究人员能够减少对相关物理学的假设。通过将模拟与来自天文数据的约束条件相结合，科学家们构建出了一个关于GRB起源的统一模型。
研究人员确定，不寻常的 GRB 是在两个紧凑天体合并后产生的。天体合并后会产生一个黑洞，黑洞周围有一个大的吸积盘--一个由带磁性的剩余物质组成的快速旋转的"甜甜圈"--它能释放出长长的 GRB。模拟得到的这些信息不仅有助于天文学家了解产生这些伽玛射线暴的天体，还有助于了解在它们之前发生了什么。
模拟显示了黑洞和中子星的合并如何产生产生伽玛射线暴的强大喷流和风。一项新的研究提出了一个将这种合并的物理学原理与伽马射线暴观测结果联系起来的框架。研究发现，黑洞和中子星等大质量天体的合并可以产生持久的伽马射线暴。资料来源：奥雷-戈特利布
戈特利布说："如果我们看到一个像2022年观测到的那样的长伽玛射线暴，我们现在就知道它来自于一个具有大质量磁盘的黑洞。知道了有一个大质量圆盘，我们现在就可以算出两个母体的质量比，因为它们的质量比与圆盘的特性有关。例如，质量不等的中子星合并将不可避免地产生持续时间较长的 GRB。"
科学家们希望利用这个统一模型来确定哪些天体会产生短GRB。该模型认为，这些爆发可能是由具有较小吸积盘的黑洞引起的，也可能来自一种被称为超大质量中子星的天体，这是一种不稳定形式的恒星，会迅速坍缩形成黑洞，但在此之前不会发出短GRB脉冲。科学家们希望，通过更多的GRB观测，他们可以进一步完善模拟，以确定所有GRB的起源。虽然GRB的观测结果仍然比较罕见，但天文学家的目标是在2025年初维拉-C-鲁宾天文台开始观测时捕捉到更多的GRB。
戈特利布说："随着我们对不同脉冲持续时间的GRB进行更多的观测，我们将能更好地探测为这些极端事件提供动力的中心引擎。"