恆星之死，預示我們進入"超高能光子"的新時代

在距地球約75億光年的整個宇宙中，一顆垂死的恆星在釋放出一些有史以來能量最高的光，甚至有些恆星在死亡那幾秒鐘內釋放的能量，比太陽一生中釋放的能量還要多。這些輕粒子或光子正在幫助天文學家了解如何將這些粒子提升到如此高的能量。

圖片：伽馬射線爆發，它在幾秒鐘內可以釋放出與太陽在其整個壽命過程中一樣多的能量。（NASA太空飛行中心）

天文學家在觀察伽馬射線風暴時發現了超高能光子。被認為是由於中子星碰撞或大質量恆星坍塌所致，突然出現了伽馬射線爆發，有時僅持續了不到一秒鐘。這些短暫的爆發之一可以釋放比太陽在其整個生命過程中產生的能量還要多的能量。這些事件很難捕捉，但是爆發後會產生餘輝。餘輝發出的光線雖然較暗，但持續時間很長，因此天文學家可以對其進行詳細測量。

2019年1月14日，兩架太空望遠鏡通過自動化系統發現了一個名為GRB 190114C的伽馬射線風暴。在22秒內，地球上的天文學家指示他們的地面望遠鏡測量了事件發生後的餘輝。

這項重大研究發言人Razmik Mirzoyan表示："我們尋找"具有高能粒子的事件"已經至少20年。能夠找到這樣一個案例，不僅僅是運氣，還在於堅持不懈。

從天文學角度講，該事件相對較近，這使天文學家可以測量很大波長範圍內的餘輝。在接下來的10天裡，科學家從6顆衛星和15台地面望遠鏡收集了數據，這些望遠鏡檢測到了從無線電到紫外線的各種波長的輻射。

分析爆炸後最初幾十秒的測量結果，天文學家發現光子的能量為數萬億電子伏特，這是典型的來自太陽的光子能量的數萬億倍。

儘管之前已經從其他天體來源（例如超新星殘留物）中檢測到能量超過1萬億電子伏特的光子，但已知沒有一個來自GRB。

多波長數據幫助天文學家確定了粒子被激發的方式。低能光子是通過在同步加速器輻射過程中圍繞磁場螺旋形旋轉的粒子釋放的。相比之下，破紀錄的超高能光子是通過與高能電子碰撞而加速的，這是科學家稱之為逆康普頓散射的一種機制。這些發現證實了有關GRB的理論，並幫助天文學家了解了這些奇異爆發的物理原理。

Mirzoyan "自從首次發現GRB以來已有50多年了，然而它們的許多基本方面仍然十分神秘。" "從GRB 190114C發出的伽馬射線的發現……表明GRB爆炸比以前想像的還要強大。"

圖：GRB 190114C的圖像，大約位於星座Fornax中。來源：NASA 2019

雖然天文學家一直在尋找這樣的超高能光子，但GRB 190114C並非罕見事件，而只是一個很難捕捉到的事件。得益於專門用於檢測超高能伽馬射線的望遠鏡和高能立體鏡系統（），以及用於檢測初始GRB的自動化系統，科學家們希望在將來捕獲更多此類超高能光子。

內華達大學拉斯維加斯分校的天體物理學家張兵在一封電子郵件中說："我們正在進入發現超高能光子的新時代。" "由於在高能態中期望有豐富的物理學，所以這些觀察肯定會在未來幾年帶來興奮。"