宇宙伽瑪射線暴會滅絕地球上所有生物嗎?

2019-11-04     科學書屋

儘管被傳得紛紛揚揚的仙女座大系星伽馬暴事件可能只是一場誤報,但面對宇宙中最神秘莫測的這種高能現象,我們真能放鬆警惕嗎?

儘管伽馬暴早在上世紀60年代就已經被人意外發現,但它們至今讓全世界的天文學家困惑不已。經過了近50年的研究,理論學家提出來嘗試解釋伽馬暴的理論,似乎比實際上真正的伽馬暴還要多。

那麼,什麼是伽馬暴呢?它們來自源於哪裡?如果在我們的宇宙「後院」里來了一發,我們又會怎樣?

伽馬暴最早是在20世紀60年代,由美國的軍用衛星發現的。一開始,美國軍方認為這是有人違背了《部分禁止核試驗條約》——這一條約禁止了除地下以外所有的核武器試驗,包括太空。

為了監督這一條約的執行情況,1962年美國發射了維拉衛星(Vela),它能從太空中監測核爆炸產生的伽馬射線閃光。

結果,維拉衛星經常能夠檢測到伽馬射線閃光,後來蘇聯發射的衛星也證實了這一點。於是,每個人都想知道這個問題的答案:到底是誰老是在地球附近的太空中引爆核彈?

當然,答案是「沒有人」。隨著維拉衛星觀察到越來越多的伽馬暴,有一點變得越來越清楚了:這些閃光,既非來自地球,也非來自太陽。

為監測核試驗而發射的美國維拉衛星,意外檢測到了許多次伽馬射線閃光現象。

到了20世紀70年代,這些神秘的閃光才被美國政府首次「解密」。他們將這些數據向天文學界公開,希望天文學家能夠找到一個答案。沒過多久,各種各樣的理論就開始層出不窮。

美國哥倫比亞大學的物理學家馬爾·魯德爾曼(Mal Ruderman)在1974年的一次會議上說:「現在的理論比伽馬暴還要多。」當時人們提出的奇怪理論包括:彗星之間的碰撞,銀河系裡中子星的碰撞,甚至還有來自外星人的通訊信號。

整個20世紀80年代,爭論一直持續不斷,但當時人們達成了一個共識——伽馬暴源於我們銀河系內的某些地方。

為了檢驗這一理論,NASA專門設計了BATSE探測器,安置在了康普頓伽馬射線天文台衛星上。BATSE於1991年4月5日發射升空,以每天一次的頻率發現和記錄伽馬暴。

BATSE能夠把伽馬暴定位到區區幾度的天區之內,讓它能夠首次繪製出伽馬暴在天空中出現的位置圖。這張圖揭露的信息令人震驚:伽馬暴似乎隨機分布在整個天空,根本不是銀河系裡的現象。(譯註:如果伽馬暴來源於銀河系內,它的分布就應該跟我們看到的銀河相似,而不會隨機均勻分布在全天各處。)


NASA的康普頓伽馬射線天文台首次繪製出了伽馬暴在天空中的分布圖,結果發現它們並非源自銀河系內。

BATSE的數據表明,伽馬暴發生在極為遙遠的宇宙里,距離地球動輒幾十億光年。這一發現產生一個巨大的矛盾:伽馬暴太過明亮,就算用宇宙里能量最高的物理過程來解釋,也解釋不通。讓我們能夠在幾十億光年外的地球上看到的伽馬暴,它必須要釋放的能量實在是太大了。

唯一能夠解釋這一矛盾的,是這樣一個想法:伽馬暴發出的能量,並不是朝四面八方發散的,而是聚焦在了狹窄的光束之內,就像一個探照燈。這樣一來,地球上能夠看到的伽馬暴所需的總能量就大大降低了。

這會不會意味著,數十億年前遠古時代的外星人建造了巨大的反射鏡,把新生黑洞發出的能量聚焦到地球上,只是為了發出這樣一個訊息——「看,我們在這裡」呢?(實際上,這個訊息應該是「看,幾十億年我們曾經出現在這裡過」,因為伽馬暴從發出到抵達地球通常都要花費如此長久的時間。)

真正的答案,其實還要更加怪異。現在被普遍接受伽馬暴模型都是特殊形式的爆炸,爆炸中粒子會以噴流的形式被拋射出來。你可以把它想像成高壓水槍里射出的水柱。

但是對於伽馬暴來說,這些「水」要替換成剝光了電子的原子,接近光速向外噴射,還要被一顆高速旋轉、磁場極強、正在坍縮的恆星聚焦成狹窄的一束。愛因斯坦的狹義相對論預言,這種噴流里的帶電粒子會沿著噴流的方向發出輻射。

這種「束流」模型有助於解釋能量過高的問題,但它也暗示,伽馬暴的數量要比原先認為的多得多。換句話說,肯定還有許多伽馬暴是我們看不見的,因為它們的束流沒有指向地球。

「束流」模型的問題還有一個問題,它完全沒有說明爆發出那團能量的實際物理過程到底是什麼。

高速旋轉的大質量恆星死亡時坍縮成黑洞的過程,會形成兩道狹窄的高能粒子噴流,同時形成高能輻射束流。被束流掃過的話,就能看到伽馬暴。這種模式至少能夠解釋一部分我們檢測到的伽馬暴。

但是,有越來越多的證據表明,至少一部分伽馬暴與一類特殊的、高速自轉的恆星坍縮過程有關,在這個過程中,整顆恆星不是坍縮成一個黑洞,就是坍縮成一顆中子星。其他伽馬暴則有可能是由中子星碰撞驅動的。

我們迄今為止檢測到的成千上萬次伽馬暴,大部分都是幾十億年前久遠的過去,黑洞被創造出來時在宇宙中留下的「簽名」,這一點光是想想就讓人覺得非同尋常。

所以,如果在銀河系裡發生一次伽馬暴,其中一道束流又剛好指向地球,會怎麼樣呢?

很簡單,對於生命來說,結果可能是毀滅性的。按照美國天文學家布萊恩·C·托馬斯(Brian C. Thomas)發表的一篇論文,地球的臭氧層會被破壞殆盡,導致大量紫外輻射直達地面,可能導致大量DNA變異。

托馬斯在他的論文中寫道:「在多細胞生物體內,這樣的效應可能導致發育遲緩和異常,改變組織構成並引發癌變。」

在久遠的過去,伽馬暴有可能曾經掃過地球,導致基因變異大爆發,從而影響過地球上生命的演化,甚至帶來過生物大滅絕。

考慮到我們幾乎每天都能檢測到新的伽馬暴,你大概會覺得伽馬暴發生在我們附近的幾率還挺高。不過,只要仔細想想大多數伽馬暴發生的地點距離地球都極其遙遠,你就發現,我們銀河系內發生一次伽馬暴的可能性其實非常小。

當然,在以數十億年為計的地質時間上,銀河系內的伽馬暴曾經掃過地球,而且可能再次掃過地球,這樣的可能性也不能說沒有。

距離地球8000光年的WR 104,已經瀕臨恆星生命的末期。它死亡時坍縮成黑洞的過程,可能產生伽馬暴,射向我們的地球。

至少,有一顆大質量恆星值得我們關注,那就是位於銀河系內、距離地球8000光年的WR 104。澳大利亞雪梨大學的天文學家彼得·塔特希爾(Peter Tuthill)發現,這顆恆星已經瀕臨死亡,總有一天會爆炸成為巨超新星(hypernova),然後坍縮形成一個黑洞。

WR 104的自轉軸差不多指向地球,所以如果它坍縮時真的產生伽馬暴的話,伽馬暴的噴流和束流就會指向地球。

那它什麼時候會炸呢?可能會在明天,也可能會在好幾萬年之後。誰知道呢?

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-cn/6Fr7PG4BMH2_cNUgN_-x.html