天文學(xué)家確定84個(gè)短伽馬射線暴的星系家園
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天文學(xué)家確定84個(gè)短伽馬射線暴的星系家園
跨越宇宙時(shí)間的短伽馬射線暴宿主星系。資料來源：W.M. Keck天文臺(tái)/Adam Makarenko
（神秘的學(xué)家星系地球uux.cn）據(jù)cnBeta：由西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)天文學(xué)家小組已經(jīng)開發(fā)了迄今為止最廣泛的短伽馬射線暴（SGRB）起源的星系目錄。利用幾個(gè)高度敏感的確定儀器和復(fù)雜的星系模型，科學(xué)家們準(zhǔn)確地確定了84個(gè)短伽馬射線暴的個(gè)短伽馬星系家園，并探測了其中69個(gè)已確定的射線宿主星系的特征。在他們的家園發(fā)現(xiàn)中，他們發(fā)現(xiàn)大約85%的天文研究中的SGRB來自年輕的、活躍的學(xué)家星系星體形成的星系。
天文學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，確定更多的個(gè)短伽馬SGRB發(fā)生在更早的時(shí)候，當(dāng)時(shí)宇宙要年輕得多--而且與宿主星系中心的射線距離也比以前所知的要大。令人驚訝的家園是，有幾個(gè)SGRB被發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)在其宿主星系之外--就像它們被"踢出去"一樣，天文這一發(fā)現(xiàn)提出了一個(gè)問題，學(xué)家星系即它們?nèi)绾文軌蜃叩眠@么遠(yuǎn)。確定
西北大學(xué)研究生Anya Nugent說："這是有史以來最大的SGRB宿主星系目錄，所以我們期望它在未來許多年里成為黃金標(biāo)準(zhǔn)。建立這個(gè)目錄，并最終擁有足夠的宿主星系來看到模式并得出重要的結(jié)論，這正是該領(lǐng)域所需要的，以推動(dòng)我們對(duì)這些奇妙事件的理解，以及恒星死亡后會(huì)發(fā)生什么。"
該團(tuán)隊(duì)發(fā)表了兩篇論文，詳細(xì)介紹了新的目錄。這兩篇論文于11月21日星期一發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。由于SGRB是宇宙中最亮的爆炸之一，該團(tuán)隊(duì)將其目錄稱為BRIGHT（調(diào)查伽馬射線暴宿主特征的寬帶存儲(chǔ)庫）。BRIGHT的所有數(shù)據(jù)和建模產(chǎn)品都在網(wǎng)上公開，供社區(qū)使用。
Nugent是西北大學(xué)溫伯格文理學(xué)院的物理學(xué)和天文學(xué)研究生，也是天體物理學(xué)跨學(xué)科探索和研究中心（CIERA）的成員。她的顧問是方文輝，溫伯格學(xué)院的物理和天文學(xué)助理教授，也是CIERA的主要成員，他領(lǐng)導(dǎo)了第二項(xiàng)專注于SGRB宿主觀測的研究。
未來比較的基準(zhǔn)
當(dāng)兩顆中子星相撞時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生瞬間的強(qiáng)烈伽馬射線閃光，被稱為SGRB。雖然伽馬射線只持續(xù)幾秒鐘，但光學(xué)光在消退到探測水平以下之前可以持續(xù)幾個(gè)小時(shí)（這一事件稱為余輝）。SGRB是宇宙中最發(fā)光的一些爆炸，每年最多只能探測到十幾個(gè)，并被準(zhǔn)確定位。它們目前代表了研究和了解大量合并的中子星系統(tǒng)的唯一途徑。
自從美國宇航局的尼爾-蓋爾斯-斯威夫特天文臺(tái)在2005年首次發(fā)現(xiàn)SGRB的余輝以來，天文學(xué)家們?cè)谶^去的17年里一直試圖了解哪些星系產(chǎn)生這些強(qiáng)大的爆發(fā)。一個(gè)星系內(nèi)的恒星可以讓人了解產(chǎn)生SGRB所需的環(huán)境條件，并可以將神秘的爆發(fā)與它們的中子星合并的起源聯(lián)系起來。到目前為止，只有一個(gè)SGRB（GRB 170817A）被證實(shí)是中子星合并的起源--因?yàn)樗窃谝Σㄌ綔y器觀測到雙中子星合并（GW170817）后幾秒鐘被探測到的。
Fong說："十年后，下一代引力波觀測站將能夠探測到中子星合并，其距離與我們今天探測SGRB的距離相同。因此，我們的目錄將作為一個(gè)基準(zhǔn)，用于比較未來對(duì)中子星合并的探測。"
研究報(bào)告的共同作者、西北大學(xué)天體物理學(xué)博士生Yuxin Dong說："這個(gè)目錄真正能夠產(chǎn)生的影響不僅僅是像SGRB這樣的單一類別的瞬態(tài)現(xiàn)象。隨著目錄中呈現(xiàn)的大量數(shù)據(jù)和結(jié)果，我相信各種研究項(xiàng)目將利用它，也許甚至以我們尚未想到的方式。"
對(duì)中子星系統(tǒng)的深入了解
為了創(chuàng)建這個(gè)目錄，研究人員使用了W.M. Keck天文臺(tái)、雙子座天文臺(tái)、MMT天文臺(tái)、大型雙目望遠(yuǎn)鏡天文臺(tái)和拉斯坎帕納斯天文臺(tái)的麥哲倫望遠(yuǎn)鏡的幾臺(tái)高靈敏度儀器，對(duì)SGRB宿主調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的一些最微弱的星系進(jìn)行深度成像和光譜分析。該小組還使用了美國宇航局的兩個(gè)大型天文臺(tái)，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)。
在這些新的研究之前，天文學(xué)家只對(duì)幾十個(gè)SGRB的宿主星系進(jìn)行了定性。新目錄的數(shù)量是現(xiàn)有樣本的四倍。有了更大的數(shù)據(jù)集的優(yōu)勢，該目錄顯示，SGRB宿主星系可以是年輕的、正在形成恒星的，也可以是老舊的、接近死亡的。這意味著中子星系統(tǒng)在廣泛的環(huán)境中形成，其中許多具有快速形成到合并的時(shí)間尺度。由于中子星合并產(chǎn)生了像金和鉑這樣的重元素，該目錄的數(shù)據(jù)也將加深科學(xué)家對(duì)貴金屬在宇宙中首次產(chǎn)生時(shí)間的理解。
Nugent說："我們懷疑我們?cè)谳^年輕的宿主星系中發(fā)現(xiàn)的較年輕的SGRB來自于在恒星形成'爆發(fā)'中形成的雙星系統(tǒng)，它們是如此緊密地結(jié)合在一起，以至于它們可以非常快速地合并。長期以來的理論表明，一定有辦法使中子星快速合并，但是，直到現(xiàn)在，我們還無法見證它們。我們?cè)谀切└爬系男窍抵邪l(fā)現(xiàn)了更古老的SGRB的證據(jù)，并相信那些星系中的恒星要么花了更長的時(shí)間來形成一個(gè)雙星，要么是一個(gè)被進(jìn)一步分離的雙星系統(tǒng)。因此，那些需要更長的時(shí)間來合并。"
運(yùn)用韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的潛力
美國宇航局新的紅外旗艦觀測站詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）有能力探測到宇宙中非常早期的最微弱的主星系，它準(zhǔn)備進(jìn)一步推進(jìn)對(duì)中子星合并的理解，以及它們開始于多遠(yuǎn)的年代。
Nugent說："我最興奮的是，有可能利用JWST來深入探究這些罕見的爆炸性事件的起源。JWST觀察宇宙中微弱星系的能力可以發(fā)現(xiàn)更多目前正在躲避探測的SGRB宿主星系，甚至可能揭示出一個(gè)缺失的群體和與早期宇宙的聯(lián)系。"
"我在10年前就開始為這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行觀測，能夠把火炬?zhèn)鹘o下一代研究人員是非常令人欣慰的，"Fong說。"看到多年的工作在這個(gè)目錄中得以實(shí)現(xiàn)，這是我職業(yè)生涯中最大的樂趣之一，感謝那些真正把這項(xiàng)研究帶到新水平的年輕研究人員。"