科学家确认两次长伽马射线暴来自中子星坍缩
洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究团队已确认，两次异常的长时伽马射线暴，GRB 211211A和GRB 230307A，是由中子星坍缩成黑洞所产生的。这项发表在《天体物理杂志快报》上的发现，为这一长期被理论化但难以证明的机制提供了迄今为止最详细的确认。
伽马射线暴根据持续时间分为两大类。短暴持续时间不足两秒，与两颗中子星或中子星与黑洞的合并有关。长暴持续时间超过两秒，与大质量恒星的坍缩（称为坍缩星过程）有关。但2021年探测到的GRB 211211A和2023年探测到的GRB 230307A模糊了这一明确的分类。两者都是长时暴，然而它们的余辉显示出类似于千新星，，传统上与中子星合并相关的爆炸事件，，的特征。
这一模糊性让天体物理学家面临两种可能性：要么传统的分类是错误的，中子星合并也能产生长暴；要么坍缩星模型比以往理解的更加多样化。
超级计算机模拟解决疑问
由博士后研究员Marko Ristic领导的洛斯阿拉莫斯团队，借助Chicoma超级计算机对每种情景中发生的核合成过程进行模拟。关键的诊断指标是重元素的产生。众所周知，中子星合并能产生完整的r过程元素范围，包括金、铂和铀等最重的元素。相比之下，坍缩星只产生较轻的r过程元素。
模拟结果显示，两次伽马射线暴观测到的千新星特征几乎与坍缩星模型的预测完全吻合。元素产量缺乏合并事件中预期会出现的极重元素，同时与坍缩星特有的较轻r过程模式相匹配。
Ristic表示：”我们正在确认这两次长伽马射线暴是坍缩星，尽管它们具有千新星辐射，，这曾让科学家们认为它们可能是中子星合并。伽马射线暴代表了宇宙中最剧烈和最奇特的一些现象。能够使用世界上最强大的计算机来模拟它们是一种荣幸。”
坍缩星的工作原理
在坍缩星机制中，一颗快速自转的大质量恒星耗尽核燃料，其核心发生坍缩。坍缩首先产生一个中子星，但持续的坠落物质压垮了中子星的结构，使其进一步坍缩成一个黑洞。黑洞的自转和周围的吸积盘发射出相对论性喷流，穿透恒星的外层，产生伽马射线暴。
洛斯阿拉莫斯研究的关键见解是，坍缩星的喷流可以通过新合成元素的放射性衰变产生千新星般的信号，而无需合并中子星的参与。喷出物被镍56等同位素的衰变加热，产生一个在光学和红外波段类似合并千新星但具有独特化学指纹的暂现事件。
“证据强烈表明，千新星比我们想象的更加多样化且更难解读，”洛斯阿拉莫斯的理论物理学家、该研究的合著者Matthew Mumpower说。”这意味着并非所有千新星状辐射都与金等最重元素的产生有关。”
对伽马射线暴科学的影响
这些发现保留了传统的短暴-合并、长暴-坍缩星的分类，但增加了一个重要的细微差别：长伽马射线暴可以产生千新星状信号，而千新星观测的多样性比以往理解的更大。未来的观测，特别是结合引力波探测器和电磁望远镜的观测，将需要完全厘清前身星群。
“这项工作表明，快速进步需要大规模计算来用数据检验模型，”Mumpower说。”这些发现将为LIGO、Virgo、KAGRA以及下一代引力波探测器的未来观测活动提供参考。”
对于这两个伽马射线暴而言，坍缩星起源现已得到确认。这两个事件都是由NASA的费米伽马射线暴监测器（高能天体物理学的主力设备之一）探测到的，并由世界各地的地面观测站进行了后续观测。洛斯阿拉莫斯团队的详细建模为观测到的光线与基础物理之间提供了缺失的环节。
婷 翻译