天文学家利用由美国国家科学基金会 NOIRLab 负责运营的双子座南望远镜研究了一个强大的伽马射线暴（GRB），他们可能发现了一种前所未见的摧毁恒星的方法。与大多数由大质量恒星爆炸或中子星偶然合并引起的伽玛射线暴不同，天文学家得出的结论是，这个伽玛射线暴是由恒星或恒星残余物在一个古老星系核心的超大质量黑洞周围的拥挤环境中碰撞产生的。
恒星死亡的本质
(资料图片)
宇宙中的恒星通常以可预测的方式结束自己的生命，这取决于它们的质量。像太阳这样质量相对较低的恒星在衰老过程中会脱落外层，最终褪色成为白矮星。质量更大的恒星燃烧得更旺盛，在超新星大爆炸中死亡得更快，会产生中子星和黑洞这样的超密集天体。如果两颗这样的恒星残骸形成双星系统，它们最终也会发生碰撞。然而，新的研究指出了一种假想已久但从未见过的第四种选择。
这幅艺术家印象图展示了天文学家是如何利用由美国国家科学基金会 NOIRLab 负责操作的双子座南望远镜来研究强大的伽马射线暴（GRB）的，他们可能发现了一种前所未见的摧毁恒星的方法。与大多数由大质量恒星爆炸或中子星偶然合并引起的 GRB 不同，天文学家得出的结论是，这个 GRB 是由恒星或恒星残骸在一个古老星系核心的超大质量黑洞周围的拥挤环境中碰撞产生的。
揭开新发现的面纱
在寻找长持续伽玛射线暴（GRB）的起源时，天文学家利用智利的双子座南望远镜（由美国国家科学基金会 NOIRLab 运营的国际双子座天文台的一部分）、北欧光学望远镜和 NASA/ESA 哈勃太空望远镜，发现了恒星或恒星残余物在一个古老星系的超大质量黑洞附近的混乱而密集的区域中发生类似拆迁的碰撞的证据。
荷兰拉德布德大学天文学家、《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上一篇论文的第一作者安德鲁-莱万（Andrew Levan）说："这些新结果表明，恒星可能会在宇宙中一些密度最大的区域遭遇灭顶之灾，在那里它们可能会被驱动发生碰撞。这对于了解恒星是如何死亡的，以及回答其他问题都是令人兴奋的，比如有哪些意想不到的来源可能会产生引力波，而我们可以在地球上探测到这些引力波。"
观测证据和发现
远古星系早已过了恒星形成的鼎盛时期，即使有巨型恒星，也所剩无几，而巨型恒星正是长GRB的主要来源。然而，它们的内核却充斥着恒星和各种超密集恒星残骸，如白矮星、中子星和黑洞。天文学家长期以来一直怀疑，在围绕着超大质量黑洞的汹涌蜂窝中，两个恒星天体迟早会发生碰撞，从而产生 GRB。然而，这种合并的证据一直难以捉摸。
天文学家利用由美国国家科学基金会 NOIRLab 运营的国际双子座天文台研究一个强大的伽马射线暴（GRB）时，可能观测到了一种前所未见的摧毁恒星的方式。与大多数由大质量恒星爆炸或中子星偶然合并引起的伽玛射线暴不同，天文学家得出的结论是，这个伽玛射线暴是由恒星或恒星残骸在一个古老星系核心的超大质量黑洞周围的拥挤环境中碰撞产生的。资料来源：国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/M. 扎马尼
2019年10月19日，美国宇航局尼尔-盖尔斯-斯威夫特天文台（Neil Gehrels Swift Observatory）探测到了一道持续一分多钟的明亮伽马射线闪光，这是此类事件发生的第一个蛛丝马迹。任何持续时间超过两秒的伽玛射线暴都被认为是"长脉冲"。这种爆发通常来自超新星的死亡，其质量至少是太阳质量的 10 倍--但并非总是如此。
研究人员随后利用"双子座南"对 GRB 逐渐消失的余辉进行了长期观测，以进一步了解其起源。通过观测，天文学家们将GRB的位置精确定位在距离一个古老星系的核心不到100光年的区域，这使得它非常靠近该星系的超大质量黑洞。研究人员还没有发现相应超新星的证据，而超新星会在双子座南研究的光线上留下印记。
洞察 GRB 的起源
莱万说："我们的后续观测告诉我们，这次爆发并不是一颗大质量恒星的坍缩，而很可能是由两个紧凑的天体合并引起的。通过把它的位置精确定位到先前确定的一个古老星系的中心，我们首次获得了恒星走向灭亡的新途径的诱人证据。"
双子座南望远镜是由美国国家科学基金会 NOIRLab 运营的国际双子座天文台的一半，从一个令人眩晕的高度可以看到双子座南望远镜的全部规模和偏远程度。双子座南望远镜位于海拔 2715 米（8900 英尺）的 Cerro Pachón 山上，得益于当地稳定的大气条件。在背景中绵延的智利安第斯山脉之上，几乎可以感受到干燥的空气，这种空气可以减轻望远镜的"视力"。这张照片还拍摄到望远镜的 8 米镜面透过穹顶结构探出头来，这在白天是很不寻常的。图片来源：国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/T. Matsopoulos
在正常的星系环境中，中子星和黑洞等恒星残骸碰撞产生的长GRB被认为是非常罕见的。然而，远古星系的内核并不正常，可能有一百万甚至更多的恒星挤在一个只有几光年宽的区域里。这种极高的恒星群密度可能足以导致偶尔发生的恒星碰撞，尤其是在超大质量黑洞的巨大引力影响下，它会扰乱恒星的运动，使它们向随机方向飞去。最终，这些不听话的恒星会相交合并，引发巨大的爆炸，在遥远的宇宙空间都能观测到。
这种事件有可能在宇宙中类似的拥挤区域经常发生，但直到现在才被人们注意到。它们之所以不为人知，一个可能的原因是星系中心充满了尘埃和气体，这可能会遮挡住 GRB 的初始闪光和由此产生的余辉。这次被确认为 GRB 191019A 的 GRB 可能是一个罕见的例外，它让天文学家能够探测到这一爆发并研究其余辉。
未来研究和影响
研究人员希望发现更多有关这些事件的信息。他们希望能将 GRB 探测与相应的引力波探测相匹配，这将揭示更多关于这些事件的真实性质，并确认它们的起源，即使是在最阴暗的环境中。维拉-C-鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）将于2025年投入使用，它在这类研究中将发挥不可估量的作用。
莱万说："研究像这样的伽马射线暴是一个很好的例子，它说明了从探测伽马射线暴，到用双子座这样的望远镜发现余辉和距离，再到用整个电磁波谱的观测结果对事件进行详细分析，许多设施的合作确实推动了这一领域的发展。"
国家科学基金会国际双子座天文台项目主任马丁-斯蒂尔（Martin Still）说："这些观测为双子座的丰富遗产增添了新的内容，加深了我们对恒星演化的理解。"这些时间敏感性观测证明了双子座天文台的灵活运作和对宇宙中遥远的动态事件的敏感性。"