伽玛暴的宿主星系
伽玛暴的宿主星系虽然不直接决定爆发过程本身，却为研究者提供了认识爆发所在环境以及发生距离的重要途径，可以用来限制爆发机制，并测量爆发的红移，同时还能够让人一窥宇宙的产星史与恒星演化史，因此有必要在此介绍一番。先前在站里曾经多次提到过宿主星系的问题，不过都较为零碎，本篇算是对此内容的进一步总结扩充。
与瞬时辐射和余辉观测相比，对伽玛暴宿主星系的观测时效性要求没有那么高，甚至待到余辉以及成协超新星完全变暗之后进行更佳。原因一来是星系本体并非瞬变源，只要坐标在手，随时可以进行观测；二来是伽玛暴能量过高，其亮度在短时间内可以盖过整个星系，这无疑会严重干扰对星系本身的研究。不过因为在BeppoSAX之前的伽玛暴监视仪器空间分辨率都较低（只有几度的量级），无法有效指导大型望远镜的观测，因此伽玛暴的宿主星系也是在进入余辉时代之后才露出庐山真面目的。
总体来说，长短暴的宿主星系特性不尽相同。前者以小而暗（R波段视星等低于25等）的低质量（银河系的十分之一甚至更小）产星星系为主，形态大多不规则，规整的旋涡星系极少；后者则要多样化得多，从较成熟的椭圆星系到年轻的不规则星系皆有。个中原因当然与两种爆发起源于不同机制有关，现在的主流理论认为，长暴是大质量恒星死亡时坍缩的产物，而短暴源于双致密星系统（双中子星或中子星+黑洞）演化到晚期的并合。
哈勃空间望远镜观测到的一系列长暴宿主星系样本，图中除了GRB 990705（第二排右起第一图）这个例外，其余宿主星系均为不规则产星星系。（图片提供：NASA/ESA/STScI）
长暴的宿主星系除了质量小、形态不规则且产星率高等共性之外，还普遍存在一个突出的特点——金属丰度偏低，且宿主星系的金属丰度与爆发本身的能量存在反相关的趋势。更有趣的是，不同红移处的宿主星系平均金属丰度变化不大，只是红移超过1后略略下降。伽玛暴的经典理论认为，只有当爆发前身星保持了足够多的角动量时，才有可能在演化晚期于星体核心形成致密星吸积系统，并作为伽玛暴而非普通超新星了结一生。金属元素原子量偏大，更大的原子量意味着更强的辐射压，由此会带来更猛烈的星风，带走过多的角动量，因此伽玛暴前身星金属丰度应该较低，对宿主星系的观测也证明了这一点。
但需要特别说明的是，低金属丰度这一条并非不存在例外。有迹象表明，不少伽玛暴的宿主星系富含尘埃，甚至可能直接将爆发的光学辐射遮掩，导致暗暴。考虑尘埃是由重元素组成的，在一定程度上这说明相应星系的金属丰度并不低。另外观测者也确实发现了个别金属丰度甚至可以与太阳相比的长暴宿主星系。对这一事实的解释有二，一是认为星系内部金属元素分布是不均匀的，整体富含金属的星系仍有可能存在贫金属区；二是重新考虑前身星理论，试图兼顾角动量与金属丰度二者，可能的机制包括双星相互作用，以及星体内部化学组分的充分混合等等。
此外，长暴的宿主星系往往还存在星系并合过程的迹象，这一点可以认为是与高产星率相关的。从分布上看，这些星系的平均红移大抵在1左右，不过分布区间很广，甚至现在已经延伸到了6；平均质量则与大麦哲伦云相当，而氢元素的柱密度偏高。在产星率方面，根据氧元素的一次电离线、紫外连续谱光度等指标，有研究者发现这些星系质量虽小，每年新形成的恒星总质量却相当于太阳的十余倍甚至更高，几乎可以视作是星暴星系了。不过上述共性归共性，长暴的宿主星系与同样红移区间内的其他星系相比，倒也不存在什么特殊之处。
短暴GRB 050724（左，图片来源：Berger et al. 2005）与GRB 050509B（右，图片提供：Gehrels et al. 2005）的宿主星系，它们都是年老椭圆星系。
短暴的宿主星系就品种齐全了，不过最出名的还是GRB 050724、GRB 050509B等几个最出名的例子，它们与低产星率的椭圆星系成协（参见上图），这为长短暴爆发机制不同提供了明证。不过这少数几个例子之外，多数短暴还是发生在晚型产星星系内的，只是与长暴宿主星系相比，它们产星率更低，金属丰度和光度也较高。另外还存在一些无宿主的短暴，如果认为它们与长暴一样也是起源于大质量恒星相关过程的，显然就会遇到麻烦；而双致密星并合模型却可以较好地解释它们。
在宿主星系之内，长暴则主要集中在最明亮、颜色最蓝的大质量产星区内，且集中的趋势比超新星还要明显，这是长暴与大质量恒星相关的最佳证据之一。由于这样的恒星寿命很短，在一生之中不会运动到远离形成地的区域，因此其爆发地可以等同于诞生环境。短暴的分布也要弥散得多，从星系内部一直延伸到了外围很远的区域（如GRB 050509B的位置相对星系中心距离10角秒），且不与明亮的产星区成协。由于作为公认短暴前身星的致密星（中子星或黑洞）在形成时往往会受到超新星爆发施予的作用力（所谓的kick），而双致密星走完演化路径需要数亿年乃至数十亿年，它们在并合时来到星系外围甚至走到了星系之外也是很正常的，在这样的区域发现短暴无疑也支持了现有的短暴中心能源理论。
21个长暴在宿主星系中的位置，图中圆圈是归一后的星系光度半径所在，右图是左图中心区域的放大。这些爆发相对星系中心平均距离是0.17角秒，大抵处在宿主星系紫外辐射区的范围内，对应大质量恒星形成的地方。（图片来源：Bloom, Kulkani & Djorgovski 2002）
现在人们对伽玛暴宿主星系的认知其实仍旧存在很大的不确定性，如长暴宿主星系的金属丰度、尘埃分布等至今都还是开放性的话题，存在较大的不确定性；而宿主星系质量、金属丰度、光度等参数之间是否存在联系，还有待利用更大的样本进行考察。另外为了更全面地了解这些星系，全波段观测是很有必要的。如亚毫米波段或X射线波段可以有效回避尘埃影响；而光学或紫外波段因为更高的灵敏度，有能力探测产星率较低的宿主星系；红外波段则可以拓展观测的红移范围。如果能够互取所长，想必可以更新现有认知。
参考资料：
[1] Berger, E., 2009, ApJ, 690, 231
[2] Vedrenne, G. & Atteia, J.-L., 2009, Gamma-Ray Bursts: The Brightest Explosions in the Universe, Springer
