NASA其他的太空望远镜
Swift：随时待命的卫星
Lisa R. Johnston
这架自动飞船正在揭示自然界最猛烈的爆炸。
Swift一瞥：
名称：Swift伽玛射线暴探测器（Swift Gamma Ray Burst Explorer）
发射：2004年11月20日
当前轨道：圆轨道，轨道高度600千米
望远镜：用于探测初期爆发的爆发预警望远镜（Burst Alert Telescope，BAT）、用于研究X射线余辉的X射线望远镜（XRT）、用于获取光变曲线和光谱的30厘米口径f/12.7的改进型Ritchey-Chrétien式紫外/光学望远镜（UVOT）
网址：http://swift.gsfc.nasa.gov
使用寿命：资金支持2年，但希望能运行7年
重要科学成果：确定了伽玛暴（GRB）的起源；对GRB进行了分类，并寻找新的类型；确定了GRB冲击波的演化及与周围环境的作用状况；利用GRB研究早期宇宙；进行了灵敏的伽玛射线巡天
自从1960年代被发现起，伽玛射线暴（GRB）就被奉为现代天文学最大的谜题之一。这些大规模的爆发释放的能量超过1032尔格，这一数字比以目前速率产能的太阳在800亿年内产生的能量还要大。GRB点亮了宇宙中的每个角落，之后消失得不留痕迹，有时候是在不足1秒之内。
早先的研究发现了GRB的两种不同类型：持续时间超过2秒的长暴和毫秒级的短暴，后者直到最近才被仔细观察过。2003年形成了长暴与类超新星恒星爆发的联系理论，但短暴仍是个完完全全的谜。不过现在，天文学家终于可以认为他们知道了导致这些高能爆发的原因了，而他们主要得感谢一颗卫星：Swift伽玛射线暴探测器。
NASA的高能太空天文台正处于其2年任务的中期，它已经证明，自己配得上它那轻狂的名字和相对低的1.8亿美元开销。Swift跟随着已在轨5年的高能瞬时探测器2（High Energy Transient Explorer 2，HETE-2，目前依旧服役，平均每年定位25个GRB）的脚步，于2004年12月开启，而由它探明方位的GRB猛增到了每周2个。
身居天文学家仅有的几个以秒计量的领域之一，Swift成功的秘密在于它可以瞬时转向发生在天空中几乎任何方位的GRB。Swift的爆发预警望远镜一次可以观测整个天空的1/7。当它探测到GRB后，Swift可以在20秒内快速查明该爆发。之后它转向爆发处，迅速地细察爆发的X射线余辉。最后，Swift的紫外/光学望远镜会提供详细的可见光光变曲线和光谱。由光谱可以得出爆发的红移，因而可以确定其方位。
艺术家笔下的伽玛射线暴（图片提供：NASA / Skyworks Digital）
GRB的两分性质使天文学家们沿着不同的道路揭示触发两类爆发的机制。在Swift发射前，人们已经对长暴有了相当好的了解。它们明亮的余辉能持续几天（有时持续几周），这使得地基望远镜可以定位并辨识其源头：爆发后变为黑洞的大质量超新星。这些超超新星（hypernova）或坍缩星（collapsar）是质量40倍于太阳的濒死恒星。当星核坍缩时，它们产生了高于典型超新星10倍以上的能量。大部分能量通过磁场驱动的极区喷流（如上图）的形式以光速的99.999%抛射出了爆发的恒星。如果喷流朝地球而来，我们就看到了强烈的伽玛射线闪耀；而如果爆发激发了周围的气体，就有了波长更长的余辉。
短暴，也就是持续时间从1毫秒到2秒的那些，则是Swift的真正战利品。这些难捉摸的爆发会很快变暗，没有给人们多少时间去确定其方位。理论上认为，它们是两颗中子星（或一颗中子星和一个黑洞）在经历了几百万到几十亿年的绕转后，相撞并合时释放能量的最后喘息。当它们相撞时，这一对致密天体将在百分之几秒的时间内形成一个黑洞。
Swift的设计目标正是在短暴变暗之前捕获它们，而2005年5月9日，一次长度为0.03秒的GRB给了它这样的机会。爆发的余辉在短短5分钟后暗了下去，但这足以让Swift有机会记录下一个迅速变暗的X射线源，并第一次以足够的精度查明其方位，以便让地基望远镜确认宿主星系。不出人所料，5月9日的爆发发生在一个27亿光年外的古老椭圆星系外缘（红移0.226）。没有人期望能在成员恒星均一古老的椭圆星系中发现一颗超超新星，也就是迅速演化而极年轻的恒星爆发性的死亡。
即使在Swift捕获了这一里程碑式的爆发，当前流行的亚秒级GRB双星并合理论依旧需要更多证据来支持科学检验。幸运的是，去年夏天，人们又发现了3个短暴余辉。其中一个是HETE-2的设备发现的，另两个是Swift的发现。这些事件的红移在宇宙学意义上都不大（从0.16到0.722），都发生在邻近的古老星系中，人们推测这些星系中有着很多致密双星。加州理工学院的天文学家Joshua Bloom说：“直到去年夏天，我们不知道短伽玛暴的距离尺度。当你考虑我们在30年前已提出这个问题时，你会知道能如此迅速地得到答案是十分不寻常的。”
GRB持续时间与强度的关系，上：短暴；下：长暴（图片提供：Swift Data / Neil Gehrels，译注：实在没找到清晰的图片，只好拿这个凑合了，还望大家原谅……）
由于Swift对GRB的反应比先前任何设备都要迅速，它也带来了需要解决的新挑战。在伽玛射线和X射线的能量范围内，GRB的光变曲线是复杂的，经常出现多次闪光（如上图下部所示）。这些伽玛射线和X射线的“余震”对于长暴来说尤其普遍，它们发生在初次爆发之后，周围物质发射传统余辉之前。Swift首席研究人员，NASA戈达德太空飞行中心的Neil Gehrels说：“现在，我们在大约三分之一的爆发中看到了光变曲线的峰值和闪光。”
最初，这些呃逆使人想到突然发亮的气体团，它们似乎分布在喷流方向上，被爆发所毁灭。Gehrels解释道：“但这不大可能是问题的答案。这些闪光发生得太快了。”更合适的说法是，混乱的变化说明了余震的发生地是在中心引擎自身内，而非周边环境中。
宾夕法尼亚州立大学的理论家Peter Mészáros说：“Swift已经成为了恩赐与阻碍。我们正在探测的GRB是先前的两倍远，这很好，但确定其方位就更难了。”去年9月，这一恩赐通过Swift发现了已知最远的GRB（下图）昭告了自己。它以红移值6.29刷新了距离的记录（先前的记录保持者红移4.5），此次事件发生在大爆炸仅仅9亿年之后。人们只发现了少数红移大于6的类星体。
2005年9月4日，Swift发了目前已知最远的GRB，红移6.29（图片提供：SOAR Telescope / Daniel Reichart）
理论家预计，第一批恒星几乎纯粹由氢与氦组成，质量通常极大。当这些庞然大物变为超新星时，它们辐射出的长伽玛暴以Swift的灵敏度足以探测到。研究这些遥远的爆发可能会为研究早期宇宙提供独一无二的线索。
在Swift出现前，长暴也许已经被人们了解了，但现在它们可以充分发挥用场了。Bloom说：“伽玛射线暴是研究远方宇宙的新灯塔。”最终，人们希望Swift能够发现红移10或以上的爆发。看来只是时间问题，Swift迟早会引领人们走上了解最初的恒星和星系形成的道路。
助理编辑Lisa R. Johnston在波士顿的音乐会现场仔细地监视着每一次高能爆发。
