美國(guó)國(guó)家航空航天局如何追逐和研究明亮的宇宙光點(diǎn)

2025-11-23 21:06:57 分類：綜合 閱讀(5134)

天文學(xué)家認(rèn)為長(zhǎng)GRB（伽馬射線爆發(fā)）源于一顆巨大的快速旋轉(zhuǎn)的恒星，當(dāng)其核心耗盡燃料并坍縮時(shí)，國(guó)家光點(diǎn)在恒星中心形成了一個(gè)黑洞。航空航天和研杭州拱墅外圍上門服務(wù)（高級(jí)資源）外圍vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)在這位藝術(shù)家的局何究明概念中，兩股噴流從垂死的追逐恒星中出現(xiàn)，并與周圍的宇宙氣體和塵埃相互作用。圖片：uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心概念圖像實(shí)驗(yàn)室
（神秘的美國(guó)地球uux.cn）據(jù)美國(guó)宇航局（伊麗莎白·蘭道）：2022年10月9日，斯蒂芬·萊薩奇的國(guó)家光點(diǎn)手機(jī)在中場(chǎng)休息后開(kāi)始震動(dòng)，當(dāng)時(shí)他正在亞特蘭大和一位朋友觀看一場(chǎng)足球比賽。航空航天和研當(dāng)Lesage看到收到的局何究明信息時(shí)，這場(chǎng)比賽似乎不再重要了。追逐發(fā)生了一次罕見(jiàn)的宇宙宇宙事件，他需要立即使用電腦。美國(guó)
美國(guó)國(guó)家航空航天局的國(guó)家光點(diǎn)費(fèi)米伽馬射線衛(wèi)星和尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文臺(tái)在太空中發(fā)現(xiàn)了異常明亮的信號(hào)，并向科學(xué)家發(fā)出了自動(dòng)警報(bào)。航空航天和研當(dāng)科學(xué)家們協(xié)調(diào)他們的后續(xù)策略時(shí)，Lesage團(tuán)隊(duì)的費(fèi)米聊天頻道亮起了消息。
“那個(gè)小組的每個(gè)人都覺(jué)得，‘這太瘋狂了！誰(shuí)負(fù)責(zé)分析這個(gè)？阿拉巴馬大學(xué)亨茨維爾分校的研究生萊塞吉回憶道。“該走了！”
這一不尋常的杭州拱墅外圍上門服務(wù)（高級(jí)資源）外圍vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)事件被證明是自文明開(kāi)始以來(lái)X射線和伽馬射線能量最強(qiáng)的一次宇宙爆發(fā)。天文學(xué)家稱它為“有史以來(lái)最亮的船”萊薩奇領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)對(duì)費(fèi)米數(shù)據(jù)的分析，證明了這艘船到底有多亮。超過(guò)150架太空和地球上的望遠(yuǎn)鏡跟進(jìn)以獲得事件的更多細(xì)節(jié)，包括美國(guó)國(guó)家航空航天局的IXPE（成像X射線偏振探測(cè)器）、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，以及歐洲航天局的XMM-Newton望遠(yuǎn)鏡。
宇宙正在變化
這艘船是天文學(xué)家稱之為時(shí)域和多信息天文學(xué)的一個(gè)例子。“時(shí)域”部分指的是宇宙中發(fā)生的事件，望遠(yuǎn)鏡可以在它們展開(kāi)時(shí)觀察到，例如超新星或兩顆中子星的合并。“多信使天文學(xué)”是指從宇宙中傳遞信息的各種“信使”，包括所有形式的光、高能粒子和時(shí)空中稱為引力波的波紋。
雖然宇宙看起來(lái)變化極其緩慢，歷經(jīng)數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億年，但它的天體居住者有時(shí)確實(shí)會(huì)在幾天甚至幾分之一秒內(nèi)產(chǎn)生巨大變化。當(dāng)中央黑洞吞噬物質(zhì)時(shí)，星系中心變亮。黑洞從附近的恒星中吸取等離子體。恒星爆炸。中子星與黑洞碰撞，中子星與中子星碰撞，黑洞與黑洞合并。即使是遙遠(yuǎn)的天體碰撞也會(huì)發(fā)出強(qiáng)大的漣漪，可以被天基和地基望遠(yuǎn)鏡和儀器探測(cè)到。這些現(xiàn)象中的許多在下一次可能發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)方面都是不可預(yù)測(cè)的。
美國(guó)國(guó)家航空航天局有兩顆寬視野的“看門狗”衛(wèi)星，當(dāng)它們探測(cè)到伽馬射線突然變亮?xí)r會(huì)發(fā)出警報(bào):費(fèi)米衛(wèi)星和雨燕衛(wèi)星。費(fèi)米的伽馬射線爆發(fā)監(jiān)視器和大面積望遠(yuǎn)鏡以及斯威夫特的爆發(fā)警報(bào)望遠(yuǎn)鏡是可能最先觀察到這些事件的關(guān)鍵儀器。
“當(dāng)一些沖動(dòng)的事情發(fā)生時(shí)，當(dāng)一些東西爆炸或崩潰時(shí)，它們就會(huì)觸發(fā)，”瓦萊麗·康諾頓說(shuō)，她在華盛頓州美國(guó)國(guó)家航空航天局總部的天體物理學(xué)部門領(lǐng)導(dǎo)高能天體物理學(xué)投資組合和時(shí)域及多信息天文學(xué)倡議。
一旦科學(xué)家在他們的電腦和手機(jī)上收到警報(bào)，他們就可以與其他望遠(yuǎn)鏡合作跟進(jìn)事件。通過(guò)使用各種不同的天基天文臺(tái)和儀器來(lái)研究這些基本上不可預(yù)測(cè)的閃光，科學(xué)家們可以拼湊出他們?cè)谕ǔＦ届o的太空中觀察到的“回光返照”的內(nèi)容、地點(diǎn)、時(shí)間和原因。
在比較了眾多望遠(yuǎn)鏡對(duì)這艘船的觀測(cè)結(jié)果后，科學(xué)家們確定這一異常明亮的爆發(fā)來(lái)自超新星，特別是一顆快速旋轉(zhuǎn)的大質(zhì)量恒星的核心坍塌。后來(lái)，根據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局“新星”任務(wù)的數(shù)據(jù)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)爆炸恒星噴射出的物質(zhì)形狀比他們最初想象的更復(fù)雜。
“一顆巨星剛剛爆炸，我們開(kāi)始研究它，弄清楚發(fā)生了什么，并對(duì)碎片進(jìn)行逆向工程，然后將其重新組裝起來(lái)，”萊薩奇說(shuō)。
時(shí)域天文學(xué)讓我們獲得關(guān)于宇宙性質(zhì)、基礎(chǔ)物理學(xué)本身以及元素起源的基本答案。"
埃里克·伯恩斯
路易斯安那州立大學(xué)天體物理學(xué)家
新的光明信號(hào)
就在這艘船五個(gè)月后，科學(xué)家們收到了費(fèi)米發(fā)出的關(guān)于過(guò)去50年中第二亮的伽馬射線爆發(fā)的警報(bào)。這個(gè)較新的信號(hào)，GRB 230307A，發(fā)生在2023年3月，加入了該船的“長(zhǎng)”伽馬射線爆發(fā)類別，持續(xù)200秒，而該船為600秒。借助美國(guó)國(guó)家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的紅外數(shù)據(jù)，科學(xué)家們確定GRB 230307A可能有一個(gè)非常不同的起源:距離地球約10億光年的兩顆中子星合并。更重要的是，韋伯探測(cè)到了稀有元素碲，這表明中子星合并會(huì)產(chǎn)生像這樣的重元素。
這個(gè)結(jié)果仍然困擾著天文學(xué)家，比如GRB 230307A論文的合著者、路易斯安那州立大學(xué)費(fèi)米小組成員埃里克·伯恩斯。合并的中子星不應(yīng)該產(chǎn)生這么長(zhǎng)的伽馬射線爆發(fā)，目前的原子物理學(xué)模型也不能完全解釋韋伯探測(cè)到的中紅外波長(zhǎng)。他希望韋伯能在未來(lái)幾年幫助我們更多地了解這類事件。
“時(shí)域天文學(xué)讓我們獲得了關(guān)于宇宙屬性、基礎(chǔ)物理學(xué)本身以及元素起源的基本答案，”伯恩斯說(shuō)。

這張來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡NIRCam（近紅外相機(jī)）儀器的圖像突出顯示了伽馬射線暴（GRB）230307 a及其相關(guān)的基洛諾瓦星系，以及它以前的主星系，以及它們周圍的其他星系和前景恒星。GRB號(hào)很可能是由兩顆中子星合并而成的。中子星被踢出了它們的主星系，行進(jìn)了大約12萬(wàn)光年的距離，大約相當(dāng)于銀河系的直徑，幾億年后最終合并在一起。圖片：uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局、歐空局、加空局、加拿大空間科學(xué)研究所、A. Levan（拉德布德大學(xué)和華威大學(xué)）
眾多的信使
與轉(zhuǎn)瞬即逝的宇宙光點(diǎn)有關(guān)的宇宙“信使”也有助于科學(xué)家重建它們的起源。激光干涉引力波天文臺(tái)LIGO在2015年首次發(fā)現(xiàn)了引力波，表明可以用一種全新的方式觀察宇宙，并開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)可能使用多個(gè)信使研究宇宙中突發(fā)現(xiàn)象的新時(shí)代。
2017年，科學(xué)家們通過(guò)將引力波觀測(cè)與許多不同的地面和天基天文臺(tái)的數(shù)據(jù)相結(jié)合來(lái)研究一種名為GW170817的基洛諾瓦或中子星合并，從而證明了這種潛力。他說(shuō)，在對(duì)這顆基洛諾娃的廣泛研究中，伯恩斯和同事利用它首次精確測(cè)量了重力速度，“這是對(duì)愛(ài)因斯坦預(yù)測(cè)的最后一次重大證實(shí)”。
今天，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）支持的LIGO、歐洲的處女座和日本的KAGRA組成的網(wǎng)絡(luò)正在尋找引力波事件。

這個(gè)動(dòng)畫(huà)展示了2017年探測(cè)到中子星合并后的九天內(nèi)發(fā)生的事情。首先，一對(duì)發(fā)光的藍(lán)色中子星迅速相互靠近，并伴隨著明亮的閃光融合在一起。合并產(chǎn)生了引力波（顯示為向外蕩漾的蒼白弧線），產(chǎn)生伽馬射線的近光速射流（顯示為棕色錐體和從碰撞中心爆發(fā)的快速移動(dòng)的洋紅色輝光），以及爆炸中心周圍不斷膨脹的環(huán)形藍(lán)色碎片。各種顏色代表了基洛諾瓦產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)，在碰撞的上方和下方產(chǎn)生了紫色到藍(lán)白色到紅色的爆發(fā)。在這幅圖中，注定要?dú)绲闹凶有切D(zhuǎn)著走向滅亡。引力波會(huì)消耗軌道能量，導(dǎo)致恒星相互靠近并合并。當(dāng)它們碰撞時(shí)，一些碎片以接近光速的粒子射流爆炸，產(chǎn)生短暫的伽馬射線爆發(fā)。圖片：uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心/概念圖像實(shí)驗(yàn)室
光是唯一一種來(lái)自宇宙的“信使”，被探測(cè)到的船和伽馬射線爆發(fā)似乎都產(chǎn)生了碲。在國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持下，南極附近進(jìn)行了一項(xiàng)名為“冰立方”的實(shí)驗(yàn)，尋找來(lái)自與每次事件相同的天空區(qū)域的高能中微子，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何高能中微子。然而，缺乏觀測(cè)到的中微子有助于科學(xué)家限制這些事件如何展開(kāi)的可能性。
路易斯安那州立大學(xué)的天體物理學(xué)家兼助理教授Michela Negro說(shuō):“即使你沒(méi)有探測(cè)到，這種多信息方法也很重要。”“這確實(shí)有助于排除一些情況，此外，當(dāng)我們檢測(cè)到新情況時(shí)，它還會(huì)告訴我們一些新情況。”
光明的未來(lái)
對(duì)于正在寫(xiě)關(guān)于船的論文的Lesage來(lái)說(shuō)，時(shí)域和多信息天文學(xué)是一個(gè)令人興奮的研究領(lǐng)域。這艘船本身仍然讓他和其他天文學(xué)家忙碌著，因?yàn)樗麄冋谟^察這一極端事件異常明亮的光線所揭示的所有過(guò)程。但是更多的瞬時(shí)事件肯定會(huì)到來(lái)，這將使科學(xué)家們保持警覺(jué)，因?yàn)樗麄冇酶鞣N各樣的望遠(yuǎn)鏡和儀器追趕它們。
“這只是短暫的事件-現(xiàn)在看，否則你會(huì)錯(cuò)過(guò)它，”萊薩奇說(shuō)。“盡可能快地尋找。“

該動(dòng)畫(huà)捕捉了2017年8月17日探測(cè)到的名為GW170817的中子星合并后九天內(nèi)觀察到的現(xiàn)象。它們包括引力波（蒼白的弧線）、產(chǎn)生伽馬射線的近光速噴流（洋紅色）、產(chǎn)生紫外線（紫色）、光學(xué)和紅外線（藍(lán)白色到紅色）發(fā)射的基洛諾瓦膨脹碎片，以及一旦噴流從地球擴(kuò)展到我們的視野中，X射線（藍(lán)色）。圖片：uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心/概念圖像實(shí)驗(yàn)室
在接下來(lái)的幾年里，美國(guó)國(guó)家航空航天局將發(fā)射新的“觀察者”衛(wèi)星，幫助監(jiān)測(cè)類似這樣的突發(fā)事件。它們包括幾個(gè)立方體衛(wèi)星，這是一類小型化航天器，由邊長(zhǎng)約4英寸（10厘米）的立方體標(biāo)準(zhǔn)化單元制成:
1.BurstCube于2024年3月發(fā)射，用于監(jiān)測(cè)伽馬射線信號(hào)2.BlackCat將于2025年發(fā)射，用于探測(cè)X射線光3.“星爆”將于2027年發(fā)射，用于監(jiān)測(cè)伽馬射線信號(hào)
國(guó)際伙伴關(guān)系也涉及這種科學(xué):
1.ULTRASAT（紫外線瞬態(tài)天文衛(wèi)星）是以色列航天局和魏茨曼科學(xué)研究所的一顆小型衛(wèi)星，具有專門研究紫外線的寬視野，美國(guó)國(guó)家航空航天局作出了貢獻(xiàn)。預(yù)計(jì)2026年發(fā)射。
2.歐空局的LISA（激光干涉儀空間天線）任務(wù)有美國(guó)國(guó)家航空航天局的貢獻(xiàn)，這將是首次從太空中探測(cè)到引力波。預(yù)計(jì)將于2030年代發(fā)射。
此外，具有其他主要目標(biāo)的美國(guó)國(guó)家航空航天局望遠(yuǎn)鏡可以幫助尋找這些不尋常的事件:
1.在前往富含金屬的小行星Psyche的途中，Psyche有一個(gè)伽馬射線光譜儀，天文學(xué)家可以用它在未來(lái)幾年內(nèi)向其目的地巡航時(shí)探測(cè)伽馬射線爆發(fā)。
2.WISE以紅外波長(zhǎng)繪制了天空地圖，發(fā)現(xiàn)了許多新的遙遠(yuǎn)物體和宇宙現(xiàn)象。重新使用WISE望遠(yuǎn)鏡的NEOWISE任務(wù)調(diào)查近地空間中潛在的危險(xiǎn)小行星。
3.美國(guó)國(guó)家航空航天局的南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)紅外天文臺(tái)，將揭示長(zhǎng)期以來(lái)的暗能量之謎并發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆系外行星，該望遠(yuǎn)鏡旨在擁有廣闊的天空視野，無(wú)疑將拾取瞬態(tài)紅外信號(hào)。該天文臺(tái)將進(jìn)行幾次調(diào)查以尋找這些現(xiàn)象，該任務(wù)將支持許多團(tuán)隊(duì)研究從變星、黑洞的誕生和活躍星系等相關(guān)主題。Roman計(jì)劃于2027年5月發(fā)射，還將提供有關(guān)其發(fā)現(xiàn)的天空變化的警報(bào)。
4.近地天體探測(cè)器任務(wù)將使用紅外探測(cè)器擴(kuò)大對(duì)可能對(duì)地球構(gòu)成威脅的小行星和彗星的搜索范圍。近地天體探測(cè)器拍攝的圖像也有望捕捉到更多遙遠(yuǎn)的背景物體。