黑洞的伽馬射線暴如何產生？黑洞是有序的混亂的？

在黑洞形成的過程中，會產生一束以伽馬射線形式出現的高能光，這些事件被稱為伽馬射線爆發。這一現象背後的物理學包含了當今物理學中許多最不為人知的領域：一般引力、極端溫度和粒子的加速度，這些都遠遠超過地球上最強大的粒子加速器能量。為了分析這些伽馬射線暴，日內瓦大學(UNIGE)的研究人員與瑞士維利根保羅·謝勒研究所(PSI)、北京高能物理研究所和波蘭瑞士國家核研究中心合作，建造了分析伽馬射線暴的極地儀器，該儀器於2016年被送入中國天宮二號空間實驗室。與目前流行的理論相反，極坐標的第一個結果顯示，來自伽馬射線爆發的高能光子既不是完全混沌的，也不是完全有有序的而是兩者的混合物，在很短的時間間隔內，光子被發現在同一個方向上振蕩，但振蕩方向隨時間而變化。

博科園-科學科普：這些意想不到的結果發表在《自然天文學》上。當兩顆中子星相撞或一顆超大質量恆星，黑洞誕生的環境是有序的還是混亂的？伽馬射線是如何以及在哪裡產生的仍然是個謎，關於它們的起源有兩種觀點。第一個預言來自GRBs的光子是偏振的，這意味著它們中的大多數在同一個方向上振蕩。如果是這樣的話，光子的來源很可能是一個強大的、良好的磁場，它是在黑洞產生劇烈後果中形成。第二種理論認為光子沒有偏振，這意味著更混亂的發射環境。武漢大學理學院核與粒子物理系教授吳昕說：我們的國際團隊已經建立了第一個強大和專用的探測器，稱為極地，能夠測量伽瑪射線的偏振。該儀器可以讓我們更多地了解它們的來源，它的操作很簡單。

2016年9月15日，位於中國天宮二號空間實驗室頂部的伽瑪射線極光實驗發射升空。當伽瑪射線光子擊中1600條特製閃爍條中的一條時，發出的綠光會模擬閃爍光，這幅作品是由位於POLAR公司後面幾米的相機拍攝。圖片：Institute of High Energy Physics

它是一個50×50平方厘米的正方形，由1600個閃爍棒組成，在這些閃爍棒中伽馬射線與構成這些棒的原子碰撞。當光子在棒中碰撞時可以測量它。然後，它可以產生第二個光子，這個光子可以引起第二次可見碰撞。「如果光子被極化，我們觀察到光子碰撞位置之間的方向依賴關係。相反，如果沒有偏振，第一次碰撞產生的第二個光子會完全隨機地離開。在6個月的時間裡，POLAR探測到55次伽馬射線爆發，科學家分析了5次最亮伽馬射線的偏振情況。該論文的主要作者之一、UNIGE理學院核與粒子物理系的研究員梅林?科爾(Merlin Kole)表示：退一步說，結果令人驚訝。當我們從整體上分析伽馬射線爆發的偏振時，最多看到的是一個非常弱的偏振，這似乎明顯支持幾種理論。

面對第一個結果，科學家們更詳細地觀察了一個非常強大的9秒長伽馬射線產生，並將其分為兩秒的時間間隔。在那裡，驚奇地發現，恰恰相反，光子在每一片上都是偏振的，但是每一片上的振蕩方向是不同的。正是這個方向的改變使得整個GRB看起來非常混亂和非極化。結果表明，當爆炸發生時，會發生一些事情，導致光子以不同的偏振方向發射。這可能是什麼，我們真的不知道。這些最初的結果讓理論家們面對新的信息，要求他們做出更詳細的預測。現在想建造更大更精確的POLAR-2。有了這些，就可以更深入地研究這些混沌過程，以發現伽馬射線的來源，並揭開這些高能物理過程的奧秘。

博科園-科學科普｜研究/來自：日內瓦大學

參考期刊文獻:《Nature Astronomy》

DOI: 10.1038/s41550-018-0664-0

博科園-傳遞宇宙科學之美

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！