宇宙史上最明亮的伽玛射线暴来自一颗巨型恒星的坍缩

2022年10月，国际研究团队观测到有史以来记录的最亮的伽玛射线暴（GRB），编号为GRB 221009A。

现在，一支由西北大学天体物理学家领导的团队已经确认了这一历史性爆发的现象——被称为“B.O.A.T.”（"brightest of all time"）——是一颗巨大恒星的崩塌和随后的爆炸。该团队使用了NASA的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）发现了这次爆炸或超新星。

虽然这一发现解决了一个谜团，但另一个谜团却变得更加深奥。

研究人员推测重元素的证据，如铂和金，可能存在于新发现的超新星中。然而，广泛的搜索并没有发现伴随这些元素的标记。宇宙中重元素的起源依然是天文学中最大的未解问题之一。

这项研究将于4月12日（星期五）发表在《自然·天文》杂志上。

西北大学的彼得·布兰查德（Peter Blanchard）表示：“当我们确认这个伽玛射线暴是由一颗巨大恒星的坍缩所产生时，这就给了我们测试某种宇宙中最重的元素是如何形成的假设的机会。我们没有看到这些重元素的特征，这表明像'B.O.A.T.'这样极端高能的伽玛射线暴并不产生这些元素。这并不意味着所有的伽玛射线暴都不产生这些元素，但这是我们继续了解这些重元素来源的关键信息。未来使用JWST进行的观测将确定'B.O.A.T.'的'普通'近亲是否产生这些元素。”

布兰查德是西北大学跨学科探索与天体物理研究中心（CIERA）的博士后研究员，在那里他研究超亮超新星和伽玛射线暴。该研究包括来自哈佛-史密松天体物理学中心、犹他大学、宾夕法尼亚州立大学、加利福尼亚大学伯克利分校、荷兰的纳德本大学、空间望远镜科学研究所、亚利桑那大学/斯图尔德天文台、加利福尼亚大学圣巴巴拉分校、哥伦比亚大学、弗莱特铁研究所、格赖夫斯瓦尔德大学和圭尔夫大学的合著者。

"B.O.A.T."的诞生

当其光线于2022年10月9日洒落地球时，“B.O.A.T.”的亮度使大多数世界的伽玛射线探测器都饱和了。这次强力的爆炸发生在距地球约24亿光年的方向上，位于天箭座的方向，并持续了几百秒。当天文学家们匆忙观测这一极其明亮的现象的起源时，他们立即被一种敬畏之感所打动。

西北大学魏恩-费·冯（Wen-fai Fong）表示：“从我们能够探测到伽玛射线暴的时间开始，毫无疑问这次伽玛射线暴是我们见过的最亮的，亮度超过了之前的任何一次。”彼得·布兰查德说：“这次事件产生了一些卫星设计用于探测伽玛射线的最高能量光子。这是地球每1万年才能看到一次的事件。我们有幸生活在一个我们有技术能够探测到宇宙中发生这些爆发的时间。观测到'B.O.A.T.'这样罕见的天文现象并努力理解这一异常事件背后的物理学是非常令人激动的。”

“普通”超新星

布兰查德和他的密切合作者哈佛大学的阿什利·维拉尔及其团队并不是立即观测到这一事件，他们想在它的后期阶段观测这次伽玛射线暴。在这次伽玛射线暴首次被探测到大约六个月后，布兰查德使用JWST观察了其后果。

布兰查德解释说：“伽玛射线暴是如此明亮，以至于在爆发后的几周和几个月内模糊了潜在的超新星特征。在这些时候，所谓的伽玛射线暴余辉就像一辆汽车的车灯直冲着你，让你看不到汽车本身。因此，我们必须等待它显著减弱，给我们一个看到超新星的机会。”

布兰查德使用JWST的近红外光谱仪观察了这个对象的红外光。这时，他看到了典型超新星中通常发现的钙和氧等元素的特征标志。令人惊讶的是，它并不异常明亮——就像它所伴随的极其明亮的伽玛射线暴那样。

布兰查德说：“它在其他伽玛射线暴关联的不那么高能的超新星背景下看起来相当正常。你可能期望同一颗坍缩的恒星产生一个非常高能和明亮的伽玛射线暴也会产生一个非常高能和明亮的超新星。但事实证明情况并非如此。我们有这个极其明亮的伽玛射线暴，但一个普通的超新星。”

失踪：重元素

在首次确认了超新星的存在后，布兰查德和他的合作者接着在其中搜索了重元素的证据。目前，天体物理