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短伽马射线爆发留下了迄今为止所探测到的最远的光学余辉

一个物体在宇宙中离得越远,通过望远镜的镜头就显得越模糊。

因此,当西北大学领导的天体物理学家团队在距离100亿光年的地方探测到短伽马射线爆发(SGRB)的余辉时,他们感到震惊。毕竟,余辉已经是令人难以置信的微弱而快速的信号——有时仅持续几个小时。

这个被称为SGRB181123B的爆炸发生在大爆炸38亿年之后。这是迄今为止所探测到的第二远的确定的SGRB,也是最远的光学余辉事件。

西北大学的方文辉是这项研究的资深作者,他说:“我们当然没有想到会发现一个遥远的SGRB,因为它们极其罕见而且非常微弱。”“我们用望远镜进行‘取证’,以了解它所在的环境,因为它所在星系的样子可以告诉我们很多关于这些系统的基本物理知识。”

该研究的第一作者Kerry Paterson说:“我们相信,就遥远的SGRBs而言,我们只是揭开了冰山一角。这促使我们进一步研究过去的事件,并认真审视未来的事件。”

这项研究将发表在《天体物理学杂志通讯》上。

方是西北大学温伯格文理学院物理学和天文学的助理教授,也是天体物理学跨学科探索和研究中心的成员。帕特森是CIERA的博士后。

作为宇宙中能量最大、最明亮的爆炸之一,sgrb最有可能在两颗中子星合并时发生。这种合并导致了伽马射线的短暂爆发,这是光的最具能量的形式。天文学家通常每年只能探测到7到8个定位良好的sgrb,以供进一步观察。由于它们的余辉通常最多持续几个小时就会消失,所以它们很少能停留足够长的时间让天文学家近距离观察。

但是有了SGRB181123B,天文学家就幸运了。美国国家航空航天局的尼尔·格希尔斯·斯威夫特天文台在2018年的感恩节夜晚首次发现了这一现象。几个小时内,西北团队利用位于夏威夷莫纳克亚山顶的双子北望远镜,远程访问了国际双子天文台。利用这个8.1米的望远镜,研究人员测量了SGRB181123B的光学余辉。

通过使用智利的geminii - south、亚利桑那州的MMT和夏威夷的Keck进行后续观测,该团队意识到SGRB181123B可能比大多数更远。

帕特森说:“我们在发现爆炸仅仅几小时后就对其进行了深入观察。”“双子星座的图像非常清晰,使我们能够确定宇宙中某个特定星系的位置。”

Fong补充说:“使用SGRBs,如果你太晚到达天空,你就不会发现任何东西。但偶尔,如果你反应够快,你就会发现像这样美丽的发现。”

一瞥宇宙的正午

为了发现SGRB与地球的距离,该团队随后访问了Gemini-South上的一个近红外光谱仪,它可以探测更红的波长。通过获取宿主星系的光谱,研究人员意识到他们偶然发现了一个遥远的SGRB。

在确定了主星星系并计算了距离之后,Fong, Paterson和他们的团队就能够确定产生这一事件的星系内母恒星的主要属性。因为SGRB181123B出现的时候,宇宙只有现在年龄的大约30%——也就是所谓的“宇宙正午”——它提供了一个难得的机会来研究中子星在宇宙少年时期的合并。

当SGRB181123B出现的时候,宇宙非常忙碌,恒星和星系都在快速形成。大质量双星需要时间来诞生、演化和消亡,最终变成一对中子星,最终合并。

“中子星,特别是那些产生sgrb的中子星,需要多久才能合并,一直是未知的,”Fong说。“在宇宙历史的这一点上发现一个SGRB表明,在宇宙形成大量恒星的时期,中子星对可能已经相当迅速地合并。”

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