从恒星耀斑到伽马射线暴——看宇宙间那一场场盛大的“烟花表演”

两颗中子星碰撞（艺术图）。图片来源：英国华威大学

FRB18112旅行轨迹（艺术图）。图片来源：欧洲南方天文台

夜空看起来非常宁静，但用一台可在几天内扫描整个天空的望远镜凝视太空，我们就会见证一场场盛大的“烟花表演”：从恒星耀斑到伽马射线暴（GRB），从快速射电暴（FRB）到千新星，这些宇宙间盛大的“烟火”向我们展示宇宙极致绚丽的同时，也在向我们讲述着宇宙的奥秘。

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恒星耀斑：活跃恒星的剧烈电磁喷发

中国科学院国家天文台研究员张承民向科技日报记者介绍说：“恒星耀斑是恒星大气中最剧烈的爆发现象之一，指恒星表面局部区域突然释放出极高能量的过程。在此过程中，恒星会在多个波段释放出强烈的电磁辐射，同时还会出现剧烈的高能粒子辐射。当太阳发生耀斑时，我们会看到其突然变亮，然后迅速恢复平静。类似的事情也发生在各种质量大小不一、温度和光度不同的恒星中。”

张承民解释道，科学家已经知道太阳耀斑出现的原因：构成太阳的旋转气体携带磁场，由于太阳外层的对流和太阳自转，使得这些气体不停地运动，磁力线不断被拉伸和纠缠。当这些磁力线彼此接触并合并时，会释放出大量能量，它加热太阳周围的大气层并使粒子加速运动，导致突然爆发。

有时，多余能量会将太阳的一些物质抛射出来，形成日冕物质抛射。在极端情况下，这些高能辐射物质会到达地球，与地磁场相互作用，还可能危及卫星甚至地面电力基础设施。因此，天文学家一直在密切监测太阳的爆发活动。

千新星：碰撞中子星产生的大爆炸

千新星是碰撞中子星产生的大爆炸。当两颗中子星围绕一个共同的质心运行时，系统会以引力波的形式释放能量。最终，两颗中子星相撞，科学家在电磁光谱的可见光、红外和伽马射线部分会看到强烈的闪光。

“千新星是近些年引入的天文学术语，因为其峰值亮度高达经典新星的1000倍。”张承民介绍说。

科学家对千新星的了解大多来自双中子星并合产生的引力波事件GW170817，其证实了一些关于千新星的假设。首先，它支持中子星并合产生短而强烈伽马射线爆发的观点；其次，它证明了这些并合会孕育出一些重元素：中子被吸收到原子核中，产生铂和金等重金属。

不过，这其中诸多细节仍然未知，中子星的“状态方程”仍然是天体物理学领域最大的“悬案”之一。

FRB：来自遥远他乡的神秘脉冲

2007年，天文学家首次发现了FRB，这是来自遥远星系的强大的无线电脉冲，持续时间为几毫秒。起初，他们很不解：什么事件能在几分之一秒内释放出与太阳辐射10万年一样多的能量？

2012年，又一个重复的FRB闯入天文学家的视野。截至2023年7月，人们总共观测到了675次FRB。

张承民指出：“FRB如此短暂、强烈和明亮，科学家认为，其源头的物质分布必须非常致密。而且，鉴于FRB呈极化状态，因此源头必须具有非常强的磁场。在此基础上，科学家普遍认为FRB是由被称为磁星的强磁化年轻中子星爆发而来。”

天文学家也一直在研究如何利用这些FRB，因为每个FRB脉冲都以无线电频率到达地球，根据高频和低频信号之间的时间延迟，科学家可推断出它们所到之处的一些特性。

GRB：宇宙中最明亮的闪光

张承民解释说，伽马射线是能量最高的光，GRB是人们见过的最亮、能量最高的瞬态光子爆发事件。它们可以持续几毫秒到几分钟。鉴于它们也经常在X射线、光学和无线电发射中“露出马脚”，科学家因此能研究它们的来源。

目前，科学家发现了两种不同的GRB。张承民说：“长GRB持续时间为2—60秒，被认为由核心坍塌的超亮超新星产生。这种坍塌形成了一个黑洞，将恒星的残余物搅成强大的喷流。”而短GRB持续时间不到2秒，与中子星和黑洞等致密物体的并合有关。

GRB不断给人类带来惊喜。2022年10月9日，天文学家发现了迄今最剧烈爆发的长GRB，并将其命名为BOAT，它可能是人类文明开始以来，宇宙向地球发射的最亮信号。

张承民说：“星辰日月高天际，雪散烟花遍海隅。这些绚丽的“烟花”也是遥远宇宙派来的“使者”，对其开展深入研究将有助我们进一步揭示宇宙的秘密。”

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