(相關(guān)資料圖)

近日，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員范一中、金志平領(lǐng)銜的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，提出了雨燕（Swift）衛(wèi)星紫外光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（Swift/UVOT）在中等飽和情況下的數(shù)據(jù)處理方法并將其應(yīng)用到伽馬暴GRB 220101A的分析研究中，證認(rèn)出迄今為止人類探測(cè)到的最劇烈光學(xué)紫外耀發(fā)。6月26日，相關(guān)研究成果以An optical–ultraviolet flare with absolute AB mag-nitude of -39.4 detected in GRB 220101A為題，在線發(fā)表在《自然-天文學(xué)》（Nature Astronomy）上。

伽馬暴是宇宙中最劇烈的恒星尺度的爆發(fā)現(xiàn)象，其主要輻射能量集中在軟伽馬射線波段。因此，軟伽馬射線輻射時(shí)期被稱為伽馬暴的瞬時(shí)輻射階段。瞬時(shí)輻射結(jié)束后，科學(xué)家可觀測(cè)到持續(xù)約數(shù)周甚至數(shù)年的X射線、光學(xué)輻射乃至射電輻射，也就是余輝輻射。在GRB 990123瞬時(shí)輻射的末期，科學(xué)家觀測(cè)到明亮的光學(xué)閃耀現(xiàn)象，被認(rèn)為是標(biāo)志著余輝輻射的開(kāi)始。該光學(xué)閃耀也是人類記錄到地宇宙中光度最高的紫外光學(xué)輻射。關(guān)于該閃耀的深入研究表明，輻射區(qū)具有很強(qiáng)的磁場(chǎng)，反映了磁活動(dòng)在提取中心引擎中所發(fā)揮的重要作用。2008年，科學(xué)家記錄到GRB 080319B瞬時(shí)光學(xué)輻射。盡管這個(gè)伽馬暴距離地球極其遙遠(yuǎn)，但其最亮的時(shí)候可以被人類用肉眼看到，因此被命名為肉眼暴。與GRB 990123 不同，GRB 080319B的輻射更多的是反映了中心引擎的不規(guī)則活動(dòng)狀況，與余輝輻射關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。長(zhǎng)期以來(lái)，GRB 080319B保持著宇宙中最劇烈光學(xué)紫外耀發(fā)事件這一世界紀(jì)錄。

GRB220101A的光學(xué)紫外輻射和太陽(yáng)、千新星AT 2017gfo、銀河系、黑洞潮汐瓦解恒星事件AT 2021lwx、類星體QSO J2157-3601以及GRB 080319B的輻射的對(duì)比圖。在峰值輻射階段，GRB 220101A的光學(xué)紫外波段光度約是太陽(yáng)的40億億倍。

2022年1月1日，Swift衛(wèi)星探測(cè)到新的爆發(fā)GRB 220101A。由于它的光學(xué)余輝很明亮，科學(xué)家很快測(cè)量出其紅移值為4.618，因此探測(cè)到的光學(xué)輻射其實(shí)是被紅移過(guò)的紫外光子。這些紫外光子的被吸收效應(yīng)非常嚴(yán)重，在達(dá)到地球之前已損失了約99%，也就是實(shí)際的輻射流量是觀測(cè)值的約100倍。這表明GRB 220101A是劇烈的光學(xué)紫外耀發(fā)。在暴后79秒Swift/UVOT便進(jìn)行了150秒的event模式白光觀測(cè)。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了高時(shí)間分辨的測(cè)光分析發(fā)現(xiàn)，GRB 220101A的流量演化非常劇烈特別是峰值時(shí)刻望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)處于中等飽和狀態(tài)。該情形下如何進(jìn)行UVOT的數(shù)據(jù)分析，之前的文獻(xiàn)并無(wú)可靠方案。科研人員基于該望遠(yuǎn)鏡的“點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)”效應(yīng)提出了對(duì)處于中等飽和的UVOT數(shù)據(jù)處理方法，并證實(shí)其可以給出可信的真實(shí)流量。結(jié)果表明，GRB 220101A的絕對(duì)星等達(dá)到-39.4，這是人類目前探測(cè)到的唯一一個(gè)絕對(duì)星等亮于-39等的光學(xué)紫外輻射源。如圖所示，GRB 220101A的輻射光度約為太陽(yáng)的40億億倍，打破了GRB 080319B保持的紀(jì)錄。分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，GRB 220101A的光學(xué)輻射行為既不同于標(biāo)志著余輝開(kāi)始的GRB 990123的光學(xué)紫外閃耀，又不同于直接示蹤中心引擎活動(dòng)的GRB 080319B，而需要新的模型解釋，這表明了超亮光學(xué)紫外爆發(fā)的物理起源多樣性。研究提出，即將于2024年初發(fā)射的中法空間變?cè)幢O(jiān)視器SVOM衛(wèi)星可望探測(cè)到更高紅移的極其劇烈的光學(xué)紫外爆發(fā)現(xiàn)象。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)空間站工程巡天望遠(yuǎn)鏡和青海省重大科技專項(xiàng)等的支持。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)和意大利國(guó)立天體物理研究院的科研人員參與研究。

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