科學家觀察到極端磁場塑造了宇宙最大爆炸

近日科學家們獲得了最好的視野觀察宇宙中極端的磁場是如何從最強大的爆炸中形成超快的氣流。這項最新研究追蹤了名為伽馬射線爆發的宇宙爆炸所產生的偏振光，并提供了前所未有的機會一瞥密集磁場如何塑造射線爆發。“伽馬射線爆發是宇宙里最極端的粒子加速器，”帶領這項研究的利物浦約翰摩爾斯大學星系天文學教授卡羅爾·蒙代爾表示， “它們是擁有一切極端特性的天體：極端的速度，極端的引力，極端的磁場。因為它們是測試物理學定律的最終實驗室。”

據稱伽馬射線爆發形成于巨大恒星的生命末期，恒星的天體會自我坍塌并創造黑洞。當這一切發生時，環繞黑洞的物質將釋放伽馬射線氣流和高能粒子流，兩股氣流將朝遠離黑洞的相反方向運行。單一的伽馬射線爆發可能會在數分鐘內輻射大量能量，后者可能比恒星在整個生命周期輻射的能量都要多。

科學家仍然不理解為什么環繞黑洞的例子能夠產生如此密集的光爆發和粒子爆發。其中一項理論表明規則的磁場會加速環繞黑洞的粒子，導致它們輻射出光（也就是所謂的同步輻射）。隨著黑洞快速收縮，粒子和磁場也必須同步收縮，從而導致粒子加速的更快。這一理論表明正是這加速過程的快速撞擊，結合粒子本身儲存的能量，產生了兩股巨大的伽馬射線和粒子流。

如果伽馬射線爆發里的能量部分是源于同步輻射，那么科學家們預計將能夠在這場暴力事件的余光里觀察到磁場的印記。

蒙代爾和她的同事設計了一個名為RINGO2的儀器用于測量伽馬射線爆發的副產品——可見光的偏振（極化）。利弗莫爾光學望遠鏡上的RINGO2觀察了伽馬射線長達2年。2012年3月8日，美國宇航局雨燕衛星——主要是追蹤伽馬射線爆發——警告利物浦望遠鏡一場名為GRB120308A的宇宙爆炸正在發生。接下來的研究發現GRB120308A早期釋放的可見光大約28%極化了，并隨著時間的推移減少了10%的極化。

“如果利用可見光觀測并將其與塵埃分離，你可以看見這些光發生了少數極化，”蒙代爾說道。“產生這種高度極化的唯一方法便是擁有大規模的有序磁場，后者會產生同步輻射，電子環繞磁場運行。”蒙代爾表示這些光的極化隨著時間的流逝逐漸減少演示了這些光自創造起就已經極化了，且隨著光穿越太空正逐漸失去自己的極化。基于這個原因，RINGO2必須在伽馬射線爆發開始就立即密切關注可見光從而有效的觀察到它的極化。

未來需要更多對伽馬射線爆發里的偏振光的觀察以證實這一發現，研究人員表示。RINGO2已經在利弗莫爾望遠鏡上運行了2年并收集了多次伽馬射線爆發的數據。“我們目前正在撰寫一篇有關其它伽馬射線爆發的文章，”蒙代爾說道。“很明顯，我們想要研究更多伽馬射線爆發以證明這是一個普遍的現象，而非只限于特殊的天體。無論從哪個角度看（GRB120308A）都不特殊，我們有理由證明它是個典型現象。”