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GRB 970228

GRB 970228[4]是天文學家第一個觀測到餘輝的伽瑪射線暴。[5]這次爆發持續了大約80秒，其光變曲線有多個極大值。它的光變曲線特性表明可能同時發生了一次超新星爆發。本次爆發的位置與一個81億光年[3]外的星系相符（紅移值z = 0.695），說明GRB 970228離銀河系十分遠。

GRB 970228
A black background covered with orange stuff, with a bright orange spot in the upper-left corner and a dimmer orange spot in the center.
哈勃太空望遠鏡拍攝的GRB 970228
發現
發現時間1997年2月28日
02:58 UTC
發現人BeppoSAX
持續時間80秒
位置
赤經05h 01m 46.7s
赤緯+11° 46′ 53.0″[1]
曆元J2000
紅移0.695[2]（寄主星系）
距離8.123×109 光年[3]
星座獵戶座
能量
總能量輸出5.2×1044 J
參見伽瑪射線暴、分類:伽瑪射線暴

自從1993年起，物理學家推測伽瑪射線暴之後會產生低能量的餘輝（波長為無線電波、X射線，甚至是可見光）。但直到天文學家在1997年2月28日2時58分（UTC）觀測到GRB 970228前，天文學家只觀測到高光度高能量的伽瑪射線暴（電磁波中能量最高的部分）。

觀測

伽瑪射線暴是指高光度的伽瑪射線爆發。伽瑪射線暴最早由美國負責偵查蘇聯和中國核試驗的船帆座衛星於1967年發現。[6]

1997年2月28日2時58分（UTC），費米伽瑪射線太空望遠鏡和BeppoSAX衛星上搭載的一台廣域照相機[7][8]觀測到GRB 970228，[4]其中後者是德意聯合研製的研究X射線的衛星。[9]在幾小時內，BeppoSAX團隊確認了這次伽瑪射線暴的位置，測量誤差約為3角分，他們藉此框定了所在天區的範圍。[8]尤利西斯號探測器也觀測到了本次伽瑪射線暴。[10]

這次伽瑪暴位於赤經05h 01m 46.7s，赤緯+11° 46′ 53.0″，[1]爆發持續了大約80秒，在光變曲線有多個極大值。[11]伽瑪射線暴的光變曲線變化多端，科學家至今也不清楚有多個峰值的原因。一種可能的解釋是多個峰值是伽瑪射線源經歷進動時產生的。[12]

餘輝

1993年，玻丹·帕琴斯基和占士·E·羅茲發表論文稱，無論伽瑪射線暴的產生原因是什麼，伽瑪暴極強的能量意味着寄主天體在爆發期間必須以相對論速度（接近光速）噴射出大量物質。它們推測噴出物和星際物質的強烈作用會形成震波波前。如果震波波前形成於磁場中，加速的電子會長時間產生無線電頻率的同步輻射，即下文所說的無線電餘輝。[13]喬納森·卡茨之後總結說，這種低能量的發射不限於無線電波，頻率可從無線電波到X射線，其中還包括可見光。[14]

BeppoSAX衛星上的小視野相機在發現8小時之後開始觀測它的所在位置。[11]一個X射線源短暫出現，並在之後幾天按冪定律迅速衰減，直至消失。這次X射線餘輝是首次觀測到的伽瑪射線暴餘輝。[8]冪定律衰減從此被認為是伽瑪射線暴餘輝的普遍特徵，儘管多數餘輝在不同階段以不同的速率衰減。[15]

同年3月1日和8日，天文學家用威廉·赫歇耳望遠鏡和艾薩克·牛頓望遠鏡拍攝了它所在位置的光學影像。通過比較照片，其光度在可見光和紅外光波段都下降了，[1]這就是該伽瑪射線暴的光學餘輝，而天文學家一直沒能觀測到預測會發生的無線電餘輝。[2]這次伽瑪射線暴發現之後，人們開始相信伽瑪暴的輻射具有各向同性。這次伽瑪暴和其他幾次伽瑪暴（例如GRB 970508和GRB 971214）一起為伽瑪暴以平行射流釋放輻射提供了早期證據。這使得伽瑪暴的總能量輸出的估計值降低了幾個數量級。[16]

與超新星的關係

 
藝術家對於大質量恆星的一生的想像：發生超新星爆發、坍縮成黑洞，並沿着自轉軸發生伽瑪射線暴。（來自: 尼科爾·拉格·富勒/NSF）

芝加哥大學的丹尼爾·賴卡特和阿姆斯特丹大學的提圖斯·加拉瑪各自分析了GRB 970228的光學光變曲線，都總結出寄主天體可能在伽瑪射線暴發生前幾周發生了一次超新星爆發。[17][18]

加拉瑪分析了本次伽瑪射線暴的光變曲線後發現它的光度在不同時間以不同速率衰減。光度在3月6日至4月7日之間衰減得比之前和之後都慢。加拉瑪總結道，早期光變曲線主要受伽瑪射線暴源的影響，而後期則是由隱藏在背後的Ic型超新星提供能量。[19]賴卡特注意到後期餘輝比早期餘輝偏紅（波長增加），這與當時伽瑪射線暴形成機理首選的相對性火球模型不相符。他同時觀測到只有GRB 980326這一伽瑪射線暴與本次的衰減規律類似，[18]而喬舒亞·布盧姆已提出那個伽瑪射線暴與超新星有關。[20]

另一種關於GRB 970228和GRB 980326光變曲線的解釋涉及了塵埃回光。儘管對於GRB 980236而言並沒有足夠的訊息來否定這種解釋，賴卡特表示GRB 970228光變曲線的變化只可能是超新星造成的。[21]將伽瑪射線暴與超新星聯繫起來的決定性證據最終在GRB 020813的光譜[22]和GRB 030329的餘輝中發現。[23]然而，類似於超新星的特點只有在爆發後幾周內可見，這表明早期的光度變化可以用塵埃回光來解釋。[24]

寄主星系

在3月12日和13日的夜晚，喬治·梅爾尼克用新技術望遠鏡觀測了該天區。他發現一個暗淡的星雲出現在爆發的位置上，幾乎可以確定是一個遙遠的星系。儘管伽瑪射線暴很小可能與那星系無關，它們位置的出奇相符為上述想法提供了有力證據，即伽瑪射線暴來自遙遠的星系，不在銀河系當中。[25]後來對GRB 970508的觀測證實了這個結論，那也是首次能確定紅移值的伽瑪射線暴。[26]

本次伽瑪暴的餘輝在測定誤差範圍之內處於寄主星系的幾何中心，有力地排除伽瑪暴產生於活躍星系核的可能。之後測得這個星系的紅移值z = 0.695，[2]約等如8.123×109 光年的距離。[3]在這樣的距離和假設各向同性的基礎上，這次伽瑪暴共釋放出5.2×1044 焦耳的能量。[27]

註釋

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Groot 1997
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Bloom 2001
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 使用以下在線換算系統計算的共動距離：Wright, Edward L. Ned Wright's Javascript Cosmology Calculator. UCLA Division of Astronomy & Astrophysics. 2008-05-09 [2010-06-11]. （原始內容存檔於2018-09-29） （英語）. 
  4. ^ 4.0 4.1 「GRB」表示這一天文事件是伽瑪射線暴，數字（YYMMDD）表示發生於1997年2月28日。
  5. ^ Schilling 2002, p. 101
  6. ^ Schilling 2002, pp. 12–16
  7. ^ Varendoff 2001, p. 381
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 Costa 1997b
  9. ^ Schilling 2002, pp. 58–60
  10. ^ Hurley 1997
  11. ^ 11.0 11.1 Costa 1997a
  12. ^ Zwart 2001
  13. ^ Paczyński 1993
  14. ^ Katz 1994
  15. ^ Panaitescu 2007, §2
  16. ^ Huang 2002
  17. ^ Schilling 2002, p. 173
  18. ^ 18.0 18.1 Reichart 1999
  19. ^ Galama 2000
  20. ^ Bloom 1999
  21. ^ Reichart 2001
  22. ^ Butler 2003
  23. ^ Stanek 2003
  24. ^ Moran 2005
  25. ^ Schilling 2002, p. 102
  26. ^ Reichart 1998
  27. ^ Djorgovski 1999

參考文獻

外部連結

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