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2012-5-19

双暴GRB110709B

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 4:05 pm

按照正统的理论图景,伽玛射线暴(至少是长暴)起源于大质量恒星的死亡,这种现象当然属于一锤子买卖,不会存在重复发生一事。不过GRB 110709B却有些怪异,它是前所未见的“双暴”,顾名思义,其光变曲线表现出了明显的双峰结构。

GRB 110709B的光变曲线(上)以及谱指数演化(下)(图片来源:Zhang et al. 2012

好吧,你可以争辩说也有不少伽玛暴的光变为多峰结构,但是问题在于,先前那些多峰的爆发只会触发探测器一次,然后光变结构无论如何复杂,探测器接收到的流量如何在波动,但是总归不会出现长时间宁静之后再度触发的现象。GRB 110709B则是在第一次触发雨燕卫星爆发探测器BAT的11分钟之后又触发了一次,让探测器触发的两个辐射峰流量接近,持续时间和光变特性也大差不差,从个方面看二者也是相互关联的,但两峰之间则几乎是一片空白。如果将这两次触发看成是属于同一爆发的话,这11分钟的间隔也未免太长了些,简直创下了记录。正因为如此长的时间间隔,人们才用双暴称呼它,以和其他多峰爆发区分开来。

先前倒也不是没有发现爆发中心能源在伽玛暴后期再度活动的证据,最典型的就是余辉阶段普遍存在的X射线耀发,这类现象出现的时间往往是在瞬时辐射过后数百秒,与GRB 110709B第二个辐射峰的时间相符。实际上差不多就在第二个辐射峰出现的同时,雨燕卫星确实也探测到了强烈的X射线耀发。不过其他爆发与GRB 110709B的不同之处在于,它们在X射线耀发的同时并不会伴随伽玛射线能段的活动,而且其光变特性也更为平滑。由此,如果用中心能源的再度活动来解释GRB 110709B,对能量的要求必然很高。一般用于解释余辉X射线耀发的模型包括爆发前身星星包层的瓦解、中心致密天体吸积盘的瓦解以及吸积致密天体磁场的调制,但这三者似乎都难以给出能量与主暴相当的后期亮度突增。

GRB 110709B的X射线光变曲线(上)以及谱指数演化(下),图中蓝线表示光变曲线出现拐折的时刻(图片来源:Zhang et al. 2012

另一方面,GRB 110709B这样的长宁静期也并非独一无二,比如GRB 070721B和GRB 091024B都具有长达数百秒的宁静期。但GRB 110709B一来是史无前例地触发了探测器两次,二来两个辐射峰特性极其相似,它与后两者是否起源于同一机制还有待商榷。

还有一种可能性是引力透镜效应。GRB 110709B并无光学余辉,因此也就没有红移测定,不过根据Amati关系来推断,它的红移可能是在2左右。如果在前景红移1的地方存在一个矮星系,它应该可以导致双峰的形成,且两次引力透镜成像之间的间距只有百分之一角秒,当前的观测设备不足以,而且两次辐射峰之间的差异也可以用爆发喷流的结构来解释。不过引力透镜的缺点是难以解释观测到的光谱演化,所以不太被人看好。

也许GRB 110709B这样的双暴可以用所谓“前兆(precursor)”两阶段回落理论来阐明。相当一部分伽玛暴在主暴之前都存在流量低得多的前兆辐射,前兆与主暴之间也存在较长的宁静期。一般对此现象的解释是,前兆与前身星坍缩产生的短寿中子星磁流体过程相关,而主暴的成因是中子星随后坍缩形成的黑洞的吸积。但GRB 110709B的第一个辐射峰与其他前兆不同的是,它的流量很强,光谱的峰值能量又比第二个峰更低。这都与典型的前兆不符。不过在某些特定的情况下,爆发前身星先坍缩形成强磁场的磁陀星,如果磁场强度足够,磁陀星经由电磁辐射和引力辐射释放自转能可以产生足够强的第一个辐射峰。随后磁陀星经过进一步的吸积坍缩成黑洞,并形成与观测相符的第二个峰。这一图景似乎可以满足需要。

GRB 110709B目前还是双暴仅有的例子,倘或借助磁陀星的前兆理论是正确的,不清楚此类爆发发生的概率有多大。另外这个爆发不仅没有光学余辉,附近也没有已知星系存在,这说明爆发要么是发生在富含尘埃的环境中,要么是在高红移处,更大胆的猜测是其不同波段的辐射机制不尽相同,难道这意味着新的爆发图景?

 

参考文献:Zhang et al. 2012

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