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黑洞的伽马射线暴如何产生?黑洞是有序的混乱的?

2019-1-15 08:53| 投稿: xiaotiger |来自: 互联网


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摘要: 在黑洞形成的过程中,会产生一束以伽马射线形式出现的高能光,这些事件被称为伽马射线爆发。这一现象背后的物理学包含了当今物理学中许多最不为人知的领域:一般引力、极端温度和粒子的加速度,这些都远远超过地球上 ...

在黑洞形成的过程中,会产生一束以伽马射线形式出现的高能光,这些事件被称为伽马射线爆发。这一现象背后的物理学包含了当今物理学中许多最不为人知的领域:一般引力、极端温度和粒子的加速度,这些都远远超过地球上最强大的粒子加速器能量。为了分析这些伽马射线暴,日内瓦大学(UNIGE)的研究人员与瑞士维利根保罗·谢勒研究所(PSI)、北京高能物理研究所和波兰瑞士国家核研究中心合作,建造了分析伽马射线暴的极地仪器,该仪器于2016年被送入中国天宫二号空间实验室。与目前流行的理论相反,极坐标的第一个结果显示,来自伽马射线爆发的高能光子既不是完全混沌的,也不是完全有有序的而是两者的混合物,在很短的时间间隔内,光子被发现在同一个方向上振荡,但振荡方向随时间而变化。

博科园-科学科普:这些意想不到的结果发表在《自然天文学》上。当两颗中子星相撞或一颗超大质量恒星,黑洞诞生的环境是有序的还是混乱的?伽马射线是如何以及在哪里产生的仍然是个谜,关于它们的起源有两种观点。第一个预言来自GRBs的光子是偏振的,这意味着它们中的大多数在同一个方向上振荡。如果是这样的话,光子的来源很可能是一个强大的、良好的磁场,它是在黑洞产生剧烈后果中形成。第二种理论认为光子没有偏振,这意味着更混乱的发射环境。武汉大学理学院核与粒子物理系教授吴昕说:我们的国际团队已经建立了第一个强大和专用的探测器,称为极地,能够测量伽玛射线的偏振。该仪器可以让我们更多地了解它们的来源,它的操作很简单。

2016年9月15日,位于中国天宫二号空间实验室顶部的伽玛射线极光实验发射升空。当伽玛射线光子击中1600条特制闪烁条中的一条时,发出的绿光会模拟闪烁光,这幅作品是由位于POLAR公司后面几米的相机拍摄。图片:Institute of High Energy Physics

它是一个50×50平方厘米的正方形,由1600个闪烁棒组成,在这些闪烁棒中伽马射线与构成这些棒的原子碰撞。当光子在棒中碰撞时可以测量它。然后,它可以产生第二个光子,这个光子可以引起第二次可见碰撞。“如果光子被极化,我们观察到光子碰撞位置之间的方向依赖关系。相反,如果没有偏振,第一次碰撞产生的第二个光子会完全随机地离开。在6个月的时间里,POLAR探测到55次伽马射线爆发,科学家分析了5次最亮伽马射线的偏振情况。该论文的主要作者之一、UNIGE理学院核与粒子物理系的研究员梅林�6�1科尔(Merlin Kole)表示:退一步说,结果令人惊讶。当我们从整体上分析伽马射线爆发的偏振时,最多看到的是一个非常弱的偏振,这似乎明显支持几种理论。

面对第一个结果,科学家们更详细地观察了一个非常强大的9秒长伽马射线产生,并将其分为两秒的时间间隔。在那里,惊奇地发现,恰恰相反,光子在每一片上都是偏振的,但是每一片上的振荡方向是不同的。正是这个方向的改变使得整个GRB看起来非常混乱和非极化。结果表明,当爆炸发生时,会发生一些事情,导致光子以不同的偏振方向发射。这可能是什么,我们真的不知道。这些最初的结果让理论家们面对新的信息,要求他们做出更详细的预测。现在想建造更大更精确的POLAR-2。有了这些,就可以更深入地研究这些混沌过程,以发现伽马射线的来源,并揭开这些高能物理过程的奥秘。

博科园-科学科普|研究/来自:日内瓦大学

参考期刊文献:《Nature Astronomy》

DOI: 10.1038/s41550-018-0664-0

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