雨燕卫星的第1000个伽玛暴
Francis Reddy
译自NASA，2015年11月7日
NASA的雨燕卫星探测到了它的第1000个伽玛射线暴（GRB）。GRB是宇宙中最猛烈的爆发，通常与大质量恒星的坍缩以及黑洞的诞生相关。
这张X射线、紫外和可见光的合成图展示了雨燕探测到的第1000个伽玛暴——GRB 151027B（图片中央）。X射线数据是使用雨燕卫星的X射线望远镜收集的，它在爆发预警望远镜探测到伽玛暴的3.4分钟之后开始观测这一视场。雨燕的紫外/光学望远镜（UVOT）在此之后7秒也开始了观测，并在可见光波段探测到了这个伽玛暴的暗淡信号。上图包含300到6000电子伏特的X射线数据（它们主要来自伽玛暴本身），以及UVOT使用可见光、蓝光和紫外滤镜（分别以红、绿、蓝色表示）采集到的低能光子信息。上图的累积曝光时间是10.4小时。（图片提供：NASA/Swift/Phil Evans, Univ. of Leicester）
来自马里兰州格林贝尔特（Greenbelt）NASA戈达德航天中心的雨燕卫星首席研究员尼尔·格雷尔斯（Neil Gehrels）说：“探测GRB就是雨燕卫星的日常任务，现在我们已经探测到了1000个GRB，这个数字还在增加。在11年的太空运行之后，这颗卫星仍旧保持良好状态，我们期待着未来还能看到更多的GRB。”
GRB是高能光子一闪即逝的爆发，通常持续时间是几分钟或者更短。这类现象每两天就可以在天空中的某处发生一次（译注：实际上，只要探测器的视场足够大、灵敏度足够高且观测能段合适，平均每天就可以看到一次GRB）。科学家正在期待着独特的爆发，它们可以为宇宙中发生的极端物理过程提供最深入的信息。
这张示意图描绘了最常见的一类伽玛暴的组成要素。一颗大质量恒星的核心（左侧）发生了坍缩，并形成了一个黑洞。黑洞射出一道喷流（译注：应为一对喷流，上图为了明晰起见，只画了一条），喷流以接近光速的速度从坍缩恒星内部穿出，并进入宇宙空间。新生黑洞附近的高温电离气体、喷流内部高速气体壳层之间的碰撞以及喷流前端扫过星际介质并与后者发生相互作用的过程都产生了跨越整个电磁波谱的辐射。（图片提供：NASA’s Goddard Space Flight Center）
10月27日美国东部夏令时6时41分之前不久，雨燕卫星的爆发预警望远镜探测到了波江座某方向上一个突发的伽玛射线脉冲，这是它发现的第1000个伽玛暴。天文学家将这一事件称为GRB 151027B，这个名称源自探测日期，而且这次爆发是当天的第二个伽玛暴。雨燕卫星自动确定了爆发的位置，并将这个坐标通报给全世界的天文学家，还使用灵敏的星载X射线望远镜与紫外/光学望远镜转向研究暴源。
天文学家根据持续时间为GRB分类。与GRB 151027B一样，大约90%的伽玛暴属于“长暴”，其伽玛射线脉冲持续时间超过2秒。它们据信源自耗尽燃料并坍缩形成黑洞的大质量恒星。当物质落向新生黑洞的时候，会形成亚原子粒子组成的喷流，喷流以接近光速的速度向外穿过恒星的外部包层。当粒子喷流抵达恒星表面时，它们会发出能量最高的光线——伽玛射线。在很多情况下，伽玛暴过后还可以观测到恒星爆发为超新星的过程。
“短”暴持续时间不到2秒，有时只会持续千分之一秒。雨燕卫星的观测提供了强烈证据，说明这些事件是由互相绕转的中子星或黑洞并合形成的。
当GRB得到辨认之后，使用尽可能多的仪器观测它那衰减的辐射的竞赛开始了。基于雨燕卫星发布的预警，自动观测站以及人工操控的望远镜要转向观测爆发所在的位置，来测量它快速衰减的X射线、紫外、可见光、红外和射电余辉。虽然通常光学余辉都很暗淡，但它们可能会暂时变得足够明亮，足以用肉眼看到（译注：这里说的应该是GRB 080319B，光学V波段最高亮度达到了肉眼可见的5.3等，但这次对应的是瞬时辐射期间伴随的光学闪，而非余辉）。
雨燕卫星的任务运营负责人、宾夕法尼亚州大学园（University Park）宾州州立大学的天文学与天体物理学教授约翰·瑙塞克（John Nousek）说：“多年以来，天文学家持续改进着技术，让望远镜在尽可能短的时间里转向爆发点。”
GRB 151027B就是一个绝佳的范例。在雨燕卫星发布预警的5小时之后，欧洲南方天文台（ESO）的智利帕拉纳尔（Paranal）观测站第一次看到了爆发所在的位置。由北京市中国国家天文台的徐栋领导的小组使用甚大望远镜的X-shooter光谱仪捕获了余辉的可见光辐射。ESO的观测表明，来自这次爆发的光线已经传播了超过120亿年，这使得这个伽玛暴跻身雨燕记录下的距离最遥远的那百分之几的GRB之列。
现在天文学家为雨燕探测到的大约30%的GRB测量出了距离，由此他们可以研究这些强有力的事件在时空中的分布情况。距离最遥远的记录是由GRB 090429B保持的，它在宇宙产星史的黎明期即已爆发。它的辐射花费了130余亿年才抵达地球。
这张插图在全天图上描绘了雨燕探测到的1000次GRB的位置，我们银河系的银道面从图片中心穿过。各次爆发用颜色表示探测时间，GRB 151027B位于右下方。图中在年份之下标出了每年雨燕卫星探测到的伽玛暴数量。背景图是2微米全天巡天提供的红外天空图。（图片提供：NASA’s Goddard Space Flight Center and 2MASS/J. Carpenter, T. H. Jarrett, and R. Hurt）
在GRB研究之外，雨燕卫星还对众多天体物理现象进行了多波段观测，从邻近的彗星和小行星，到遥远的类星体和耀变体（这类星系的特大质量黑洞会产生无法预言的高能耀发），不一而足。
雨燕的副研究员、来自米兰市意大利国家天体物理学研究所的研究负责人帕特里齐亚·卡拉韦奥（Patrizia Caraveo）说：“雨燕是一颗惊人地多才多艺的卫星，它每周都会探测到伽玛射线暴，每天都会进行机遇目标观测，有着来自天文学各分支领域的庞大用户群。”
来自莱斯特（Leicester）大学的英国雨燕小组负责人朱利安·奥斯本（Julian Osborne）说：“雨燕是一架绝佳的发现机器，正在发现着先前类型未知的恒星、星系爆发以及伽玛暴本身。很高兴地看到我们的国家为卫星贡献的X射线望远镜以及紫外/光学望远镜产生了如此大的影响。”
随着新型天文台的加速问世，雨燕承担了新的角色。人们已经在太阳系之外探测到了名叫中微子的幽灵粒子，而天文学家预计很快引力波天文台将探测到时空中的第一波涟漪，而这种现象是爱因斯坦相对论的预言。雨燕卫星的科学家计划使用卫星的观测能力，来搜索与中微子和引力波源成协的高能辐射。
雨燕卫星于2004年11月20日发射。这项计划由NASA的戈达德中心管理，由戈达德中心与宾州州立大学、新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室以及弗吉尼亚州杜勒斯市（Dulles）的轨道科学公司合作运营。其他合作机构包括英国的莱斯特大学与玛拉德（Mullard）空间科学实验室以及意大利的布雷拉（Brera）天文台与意大利空间局，另外德国和日本也对此计划作出了额外的贡献。
