尖端的计算机模拟与理论计算相结合，正在帮助天文学家更好地理解宇宙中一些最具能量和神秘的光显示——伽马射线爆发（GRB）的起源。新的统一模型证实，一些长期存在的伽马射线暴是在宇宙合并后产生的，宇宙合并产生了一个被巨大的出生物质盘包围的新生黑洞。
天文学家此前认为，产生长GRB的黑洞通常是在大质量恒星坍塌时形成的。然而，新的模型表明，当两个致密物体合并时，它们也可能出现，比如一对中子星——大质量恒星的致密、死的残余物——或者一个黑洞和一颗中子星。这些发现解释了最近观测到的长GRB，天文学家无法将其与坍塌恒星联系起来。
模拟的创建者11月29日在天文物理期刊通讯.
“我们的发现将观测与基础物理联系起来，统一了γ射线爆发领域中许多尚未解决的谜团，”Ore Gottlieb说，他是这项新研究的主要作者，也是Flatiron研究所的研究员计算天体物理中心（CCA）在纽约市。“我们第一次可以观察GRB观测结果，并了解黑洞形成之前发生了什么。”
GRB是宇宙中最明亮、最暴力的事件之一。自1967年首次发现以来，GRB一直让天文学家感到困惑和困惑。即使几十年后，产生强大伽马射线爆发的确切机制仍然不确定。多年来，天文学家注意到两种不同的GRB种群——一种持续时间不到一秒，另一种持续10秒或更长时间。研究人员最终确定，短GRB起源于两个致密物体合并后发射的喷流，而长GRB可能发生在大质量旋转恒星坍缩期间发射的喷流中。但在过去的一年里，两次不寻常的长伽马射线暴观测表明，坍塌的庞然大物并不是导致长伽马射线暴的唯一原因。
戈特利布和他的同事进行了最先进的模拟，以测试大规模紧凑物体的合并如何引发GRB。新的模拟运行了几个月，部分是在Flatiron Institute的一台超级计算机上进行的。当两个紧凑的物体在一个近距离轨道上时，新的模拟就开始了，并跟随喷流直到它们远离合并地点。这种方法允许研究人员对所涉及的物理做出较少的假设。通过将模拟与来自天文数据的约束结合起来，科学家们为GRB起源构建了一个统一的模型。
研究人员确定，不寻常的GRB是在两个紧凑物体合并后产生的。合并后，这些物体形成了一个黑洞，周围环绕着一个巨大的吸积盘，吸积盘是一个由带磁性的剩余物质组成的快速旋转的甜甜圈，它可以吸出长长的GRB。这些来自模拟的信息不仅有助于天文学家了解产生这些GRB的物体，也有助于了解它们之前发生的事情。
戈特利布说：“如果我们看到像2022年观察到的那样的长GRB，我们现在就知道它来自一个带有巨大圆盘的黑洞。”。“知道有一个大质量的圆盘，我们现在可以计算出两个母物体的质量比，因为它们的质量比与圆盘的性质有关。例如，不等质量中子星的合并将不可避免地产生长时间的GRB。”
科学家们希望使用统一的模型来确定哪些物体会产生短GRB。该模型表明，这些爆发可能是由具有较小吸积盘的黑洞引起的，也可能来自一个称为超质量中子星的物体，这是一种恒星的不稳定形式，它会迅速坍缩形成黑洞，但不会在它发出短GRB之前发生。科学家们希望，随着对GRB的更多观察，他们可以进一步完善他们的模拟，以确定所有GRB的起源。虽然GRB观测仍然相对罕见，但天文学家们的目标是在2025年初维拉·C·鲁宾天文台开始观测时捕捉更多的GRB。
戈特利布说：“随着我们在不同脉冲持续时间对GRB进行更多观察，我们将能够更好地探测这些极端事件的中央引擎。”。
有关更多信息，请联系Stacey Greenebaum[电子邮件保护].
