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      2. 加快打造原始創新策源地,加快突破關鍵核心技術,努力搶占科技制高點,為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

        ——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

        面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

        ——中國科學院辦院方針

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        從恒星耀斑到伽馬射線暴——

        看宇宙間那一場場盛大的“煙花表演”

        2023-08-23 科技日報 劉霞
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        語音播報

        兩顆中子星碰撞(藝術圖)。圖片來源:英國華威大學

        FRB18112旅行軌跡(藝術圖)。圖片來源:歐洲南方天文臺

        夜空看起來非常寧靜,但用一臺可在幾天內掃描整個天空的望遠鏡凝視太空,我們就會見證一場場盛大的“煙花表演”:從恒星耀斑到伽馬射線暴(GRB),從快速射電暴(FRB)到千新星,這些宇宙間盛大的“煙火”向我們展示宇宙極致絢麗的同時,也在向我們講述著宇宙的奧秘。

        恒星耀斑:活躍恒星的劇烈電磁噴發

        中國科學院國家天文臺研究員張承民向科技日報記者介紹說:“恒星耀斑是恒星大氣中最劇烈的爆發現象之一,指恒星表面局部區域突然釋放出極高能量的過程。在此過程中,恒星會在多個波段釋放出強烈的電磁輻射,同時還會出現劇烈的高能粒子輻射。當太陽發生耀斑時,我們會看到其突然變亮,然后迅速恢復平靜。類似的事情也發生在各種質量大小不一、溫度和光度不同的恒星中?!?/p>

        張承民解釋道,科學家已經知道太陽耀斑出現的原因:構成太陽的旋轉氣體攜帶磁場,由于太陽外層的對流和太陽自轉,使得這些氣體不停地運動,磁力線不斷被拉伸和糾纏。當這些磁力線彼此接觸并合并時,會釋放出大量能量,它加熱太陽周圍的大氣層并使粒子加速運動,導致突然爆發。

        有時,多余能量會將太陽的一些物質拋射出來,形成日冕物質拋射。在極端情況下,這些高能輻射物質會到達地球,與地磁場相互作用,還可能危及衛星甚至地面電力基礎設施。因此,天文學家一直在密切監測太陽的爆發活動。

        千新星:碰撞中子星產生的大爆炸

        千新星是碰撞中子星產生的大爆炸。當兩顆中子星圍繞一個共同的質心運行時,系統會以引力波的形式釋放能量。最終,兩顆中子星相撞,科學家在電磁光譜的可見光、紅外和伽馬射線部分會看到強烈的閃光。

        “千新星是近些年引入的天文學術語,因為其峰值亮度高達經典新星的1000倍?!睆埑忻窠榻B說。

        科學家對千新星的了解大多來自雙中子星并合產生的引力波事件GW170817,其證實了一些關于千新星的假設。首先,它支持中子星并合產生短而強烈伽馬射線爆發的觀點;其次,它證明了這些并合會孕育出一些重元素:中子被吸收到原子核中,產生鉑和金等重金屬。

        不過,這其中諸多細節仍然未知,中子星的“狀態方程”仍然是天體物理學領域最大的“懸案”之一。

        FRB:來自遙遠他鄉的神秘脈沖

        2007年,天文學家首次發現了FRB,這是來自遙遠星系的強大的無線電脈沖,持續時間為幾毫秒。起初,他們很不解:什么事件能在幾分之一秒內釋放出與太陽輻射10萬年一樣多的能量?

        2012年,又一個重復的FRB闖入天文學家的視野。截至2023年7月,人們總共觀測到了675次FRB。

        張承民指出:“FRB如此短暫、強烈和明亮,科學家認為,其源頭的物質分布必須非常致密。而且,鑒于FRB呈極化狀態,因此源頭必須具有非常強的磁場。在此基礎上,科學家普遍認為FRB是由被稱為磁星的強磁化年輕中子星爆發而來?!?/p>

        天文學家也一直在研究如何利用這些FRB,因為每個FRB脈沖都以無線電頻率到達地球,根據高頻和低頻信號之間的時間延遲,科學家可推斷出它們所到之處的一些特性。

        GRB:宇宙中最明亮的閃光

        張承民解釋說,伽馬射線是能量最高的光,GRB是人們見過的最亮、能量最高的瞬態光子爆發事件。它們可以持續幾毫秒到幾分鐘。鑒于它們也經常在X射線、光學和無線電發射中“露出馬腳”,科學家因此能研究它們的來源。

        目前,科學家發現了兩種不同的GRB。張承民說:“長GRB持續時間為2—60秒,被認為由核心坍塌的超亮超新星產生。這種坍塌形成了一個黑洞,將恒星的殘余物攪成強大的噴流?!倍蘂RB持續時間不到2秒,與中子星和黑洞等致密物體的并合有關。

        GRB不斷給人類帶來驚喜。2022年10月9日,天文學家發現了迄今最劇烈爆發的長GRB,并將其命名為BOAT,它可能是人類文明開始以來,宇宙向地球發射的最亮信號。

        張承民說:“星辰日月高天際,雪散煙花遍海隅。這些絢麗的‘煙花’也是遙遠宇宙派來的‘使者’,對其開展深入研究將有助我們進一步揭示宇宙的秘密?!?/p>


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