宇宙γ射线爆发

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宇宙γ射线爆发( cosmic γ -ray burst ),宇宙中γ射线源的一种短暂的猛烈的爆发。这种爆发是克莱比塞得和斯特朗等于1973年根据“维拉”卫星上γ射线探测器的观测资料发现的。分析表明,这种爆发同地球、月球、太阳和行星都没有关系,肯定发生在太阳系以外,因此,被称为宇宙γ射线爆发(简称γ爆发)。它是二十世纪七十年代天体物理学的重大发现之一。

γ爆发的重要特征之一是辐射变化剧烈而迅速。辐射能随时间变化的曲线(称为时间轮廓)通常是由若干个分立的脉冲组成,其主要参数如下表。

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γ射线爆发时间轮廓的主要参数

由辐射发生显著变化的时间τ可以推测爆发源的近似直径d,因为τ不应小于信息通过源体所需的传播时间,即cτ≥d,式中c为光速。根据此式,由“阿波罗”16号测得的爆发源直径不超过1,500公里。1976年测得一个上升时间只有一毫秒的γ爆发,其源体直径不超过300公里,是迄今测得的最小爆发源。γ爆发的辐射能量范围从几千电子伏到几兆电子伏,它在地球处的总能流在3×10-6~1.5×10-3尔格/(厘米2·秒)之间,典型值则为10-4尔格/(厘米2·秒)。设γ爆发的辐射是各向同性的,若γ爆发发生在离我们最近的恒星处(近似地取为3光年),其辐射功率将为1034尔格/秒。即使把爆发源的直径估计得大些,假定为2,000公里,从它的每单位表面辐射的γ射线能量也比太阳上每单位表面辐射的总能量大几百万倍。而事实上,爆发源的距离很可能比3光年远得多,因此,γ爆发是一种十分猛烈的爆发现象。在γ爆发的观测中,确定爆发源的方位和距离是一件很困难的事。到1976年,已有记录的50多个事例中,仅有7个事例得到确定的方位,有9个事例各得到两个可能的方位。在这些方位上未找到任何已知的天体与之对应。只有一两个可能的方位与X射线源天鹅座X-1有关。爆发源的方向视分布呈各向同性,统计方法处理后略呈向银道面聚集的趋势。爆发源的距离至今无法确定。某些观测资料有利于爆发源位于银河系内的看法。

理论天体物理学家们对爆发源的本质、爆发机制和辐射过程等课题进行了初步的探讨,提出几十种模型。其中比较受重视的有两类:①等离子体相互作用模型,认为γ爆发发生于双星体系,其伴星为致密星或为中子星或为黑洞。由主星落向伴星的两股等离子流相遇时,相互碰撞可能产生γ爆发。②恒星耀斑模型,是根据γ爆发的时间轮廓同太阳硬 X射线爆发的时间轮廓颇为相似而提出来的。后来的研究表明,γ爆发的源可能是强磁场的白矮星上的耀斑。中国的一些天体物理学家也对γ爆发进行了探索性的研究。