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雷电也能产生伽马射线闪光!你知道吗?

查字典地理网 2017-04-19

雷电也能产生伽马射线闪光!你知道吗?1

地球上平均每天发生大约数千次伽马射线暴,这是自然界能够产生的最高能量光线。科学家通过整合美国宇航局“费米伽马射线望远镜”(Fermi Gamma-ray Space Telescope)、地基雷达以及闪电探测器收集到的数据,有了对雷暴产生伽马射线的细致分析。

负责这项研究的阿拉巴马汉茨维尔大学的科学家Themis Chronis说:“令人惊奇的是,我们发现似乎任何类型的雷暴都可以产生伽马射线,包括那些非常微弱、不起眼的雷暴。”

这种类型的爆发被称为“陆地伽马射线闪光”(TGFs),是1992年通过美国宇航局的“康普顿伽马射线天文台”发现的,该探测器一直服役至2000年。“陆地伽马射线闪光”转瞬即逝、不可预测,持续时间少于千分之一秒,迄今人们对它的理解仍相当匮乏。

2012年下半年,科学家使用一种新的方法,有效升级了费米探测器上的伽马射线暴监视器的灵敏度,使得对“陆地伽马射线闪光”的灵敏度提高了10倍,这样就能够记录到此前错过的很多微弱事件。

空间等离子和高层大气研究中心的助理主管Michael Briggs说:“随着我们发现的事件越来越多,结果表明‘陆地伽马射线闪光’还伴随有非常强的射电波段脉冲辐射。”

陆基闪电网络可以利用射电波资料确定雷暴发生的位置,如果在同一位置能够发现相似的“陆地伽马射线闪光”的信号,那么就能够判定是哪一个雷暴产生的“伽马射线闪光”,这就打开了一扇通往深刻理解气象学中这种极端事件的窗户。

宇宙中的伽马射线暴

伽玛射线暴(Gamma Ray Burst, 缩写GRB),又称伽玛暴,是来自天空中某一方向的伽玛射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象,持续时间在0.1-1000秒,辐射主要集中在0.1-100 MeV的能段。伽玛暴发现于1967年,数十年来,人们对其本质了解得还不很清楚,但基本可以确定是发生在宇宙学尺度上的恒星级天体中的爆发过程。伽玛暴是目前天文学中最活跃的研究领域之一,曾在1997年和1999年两度被美国《科学》杂志评为年度十大科技进展之列。

伽马射线暴是宇宙中发生的最剧烈的爆炸,理论上是巨大恒星在燃料耗尽时塌缩爆炸或者两颗邻近的致密星体(黑洞或中子星)合并而产生的。伽马射线暴短至千分之一秒,长则数小时,会在短时间内释放出巨大能量。如果与太阳相比,它在几分钟内释放的能量相当于万亿年太阳光的总和,其发射的单个光子能量通常是典型太阳光的几十万倍。

伽玛暴有两类,短暴(小于2秒)与长暴(大于2秒)

长暴被普遍认为是“超新星的类似物”,标志着50至100倍于太阳的恒星的毁灭性爆发。当这样一颗庞大的恒星爆炸时,它会留下一个黑洞,并将这一信息以伽玛射线的形式扫过宇宙。内在的物理机制首先由加州大学的物理学家Stan Woosley博士提出并发展成形,而他的“坍缩星”模型被认为是解释长暴的主流理论。

短暴更为让人迷惑。它们的起落时间非常短,不会是超新星,而爆发的能量并不足以构成恒星的爆发。许多研究者认为,它们是由超致密的中子星(可能也是中子星与黑洞)碰撞产生的。两种情况都会产生另一个黑洞。然而陪审团仍旧缺席,而研讨会上的辩论必然是活跃的。

伽玛射线暴的持续时间一般在0.1秒到1000秒左右,以2秒为界,大致可以分为长暴和短暴两类,典型的持续时间分别为30秒和0.3秒。时变的轮廓比较复杂,往往具有多峰的结构。伽玛射线暴在天空中的分布是各向同性的,但远距离的伽玛射线暴明显少于近距离的,显示出非均匀各向同性,可以被膨胀宇宙学模型所支持,表明伽玛射线暴是发生在宇宙学距离上的。

伽玛射线暴爆发过后会在其它波段观测到辐射,称为伽玛射线暴的余辉。根据波段不同可分为X射线余辉、光学余辉、射电余辉等。余辉通常是随时间而指数式衰减的,X射线余辉能够持续几个星期,光学余辉和射电余辉能够持续几个月到一年。

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