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[分享] 天文史上銀河系最劇烈的爆發
2004年12月27日,有十幾艘太空船或人造衛星,包括正在環繞土星的卡西尼號(Cassini)、環繞火星的奧德賽號(Mars Odyssey)、環繞太陽的尤利西斯號(Ulysses)等,同時記錄到一個來自太陽系以外的劇烈爆發,或許是有天文歷史以來,最劇烈的一次。

這次的強烈X射線和伽瑪射線爆發是由一顆編號SGR 1806–20的磁星(magnetar)所引起。磁星是銀河系中最怪異的天體,雖屬中子星,直徑只有小小的20公里左右,但其表面磁場強度比一般的中子星還強1000倍以上,為宇宙中磁場強度最強的天體。

SGR 1806–20本次爆發最強的時間僅僅延續0.2秒而已,但其所發出的輻射抵達地球時的強度,比與地球僅在咫尺之距的X級強烈太陽閃焰(solar flare)還高,比滿月的亮度(-12.7等)還亮兩倍,整個爆發釋出的能量,相當於太陽25萬年發出的輻射總量,震驚許多科學界人士。不過,幸好這顆位在人馬座方向的磁星距離地球約50,000光年,亦即在遙遠的銀河中心另一側,因此絕大部分的爆炸輻射線都被銀河中心附近濃密的星際雲氣、塵埃擋住了,因此不至於對地球造成嚴重的傷害。

NASA的RHESSI太陽閃焰觀測衛星捕捉到SGR 1806-20於X光波段的能量高達2萬~5萬電子伏特。上圖甚至可看到爆發初期與未爆發前的能量差距之大。整個爆發過程中還有7.56秒的強烈脈動,這是磁星自轉造成的結果。Source: Steve Boggs / RHESSI Team / NASA / UC Berkeley.
由俄羅斯觀察太陽日冕的Helicon-Coronas-F衛星,遽然還偵測到表面反照率其差無比的月球反射部分SGR 1806–20發出的伽瑪射線和X射線,可見爆發之強。此外,由於當時這顆磁星的位置恰好與太陽同方向,發生爆發時又是在地球的白天這一側,但美國變星觀測者協會(American Association of Variable Star Observers)的業餘電波太陽觀測者,也偵測到爆發所造成的地球高層大氣的游離效應,其強度與太陽幾可比擬。
加拿大AAVSO觀測者Paul Campbell的電波記錄,偵測到地球高層大氣(電離層)的突然擾動,後來證實是SGR 1806–20引起的。

包括SGR 1806–20在內,目前已知有四顆所謂的軟伽瑪射線反覆爆發源(oft gamma repeaters,SGRs),它們會不時地爆發強烈的低能伽瑪射線(軟伽瑪射線);其中,2004年12月27日的這次超級爆發,其強度為平日SGR的100倍以上。全球各界觀測與理論學者都對這個超級爆發關注不已,都想解開為何這麼小的天體得以發出這麼強的能量,目前已有許多相關的論文發表在Astro-ph和其他專業天文期刊中,但因目前天文論文發表眾多,都在等著各期刊刊登或付梓,相關研究的天文學家彼此之間還沒有很好的交流。

天文學家猜測:磁星SGR 1806–20的強磁場,必定是這個問題的關鍵所在。佈滿甚至穿越整個磁星的強烈磁場,或許會使得磁星的固態地表收縮,並加熱磁星的內部;當強磁場所造成的應力超過磁星地殼能容忍的極限時,能量會突然釋放而造成如同地震一般的「星震(starquakes)」。每次星震過後,磁星地殼會被強烈扯動,而詞西的磁場便可重整至能量比較低、比較穩定的狀態。這種磁場重整(磁力線「重現連結reconnection」)的過程,同時也是太陽閃焰爆發的原因。磁場重整過程中,會釋放出多餘的磁能,這些能量便以伽瑪射線、電子或正電子的形式向外傳播。SGR 1806–20爆發最強時的輻射,有99.7%使上述粒子或光波。

被強烈磁場拘禁在磁星表面的電子和正電子這對物質與反物質伙伴,在爆發最強點之後,會因對滅而釋出能量,這也是最初0.2秒的強烈爆發之後,SGR 1806–20還有其他輻射餘暉的原因。前述論點,是1990年代中期美國德州大學(University of Texas)天文學家Robert C. Duncan和加拿大理論天文物理研究所(Canadian Institute of Theoretical Astrophysic)Christopher Thompson提出的「trapped fireball」理論模型,他們當時甚至以此觀點,在1992年就預測磁星的存在。

上面這張影像為VLT(超大望遠鏡)的電波觀測結果,顯示SGR 1806–20強烈爆發後的餘暉。NRAO / CfA / Bryan Gaensler
此次SGR的超級爆發,或許可以幫助天文學家解開長久以來的天文謎題之一:伽瑪射線爆發(gamma-ray bursts,GRB)發生的原因。GRB是宇宙中最強烈的爆發現象,,基本尚可區分為為時較長的爆發(爆發時間延續數秒至數分鐘)和較短的爆發(爆發時間不超過2秒)。如果SGR 1806–20是在另一個遙遠的星系中,那麼它的這個強烈爆發看來就是一次小型而短暫的GRB。

前一世代的人造衛星或太空望遠鏡,雖可偵測到像SGR 1806–20最初0.2秒的強烈爆發,但因靈敏度不足,無法繼續監測爆發的餘暉。天文學家很久以前就已經推測GRB短暫而強烈的爆發,是因兩顆中子星,或一顆中子星與另一顆黑洞互撞合併而產生的,但這種說法僅止於紙上談兵。這次是天文學家首度觀測到可以發生短暫GRB的SGR爆發。美國航太總署(NASA)去年發射的史威福觀測衛星(Swift),其能力便足以觀測到1000萬光年遠的星系中所發生類似SGR 1806–20這次的強烈爆發。因此,天文學家希望未來能藉由史威福繼續觀測,確定短暫的GRB爆發是否就是SGR爆發。

雖然因SGR 1806–20距離遙遠,地球並未因此受損,但當時位在地球黑夜一側的國際太空站(International Space Station)中的太空人,仍受到比醫學檢查用的X光還強的X射線輻射襲擊。如果這次的爆發距離地球只有6光年,那麼地球的大氣曾就會被爆發發出的高能輻射嚴重摧毀。好險!好險!

出處來源:
http://asweb.asiaa.sinica...ules/news/


[ 此文章被t0306894在2005-04-10 20:43重新編輯 ]



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獻花 x0 回到頂端 [樓 主] From:台灣教育部 | Posted:2005-03-10 15:52 |

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