伽瑪射線暴（Gamma Ray Burst, 縮寫GRB），又稱伽瑪暴，是來自天空中某一方向的伽瑪射線強度在短時間內突然增強，隨後又迅速減弱的現象，持續時間在0.1-1000秒，輻射主要集中在0.1-100 MeV的能段。伽瑪暴發現於1967年，數十年來，人們對其本質了解得還不很清楚，但基本可以確定是發生在宇宙學尺度上的恆星級天體中的爆發過程。伽瑪暴是目前天文學中最活躍的研究領域之一，曾在1997年和1999年兩度被美國《科學》雜誌評為年度十大科技進展之列。
伽馬射線暴是宇宙中發生的最劇烈的爆炸，理論上是巨大恆星在燃料耗盡時塌縮爆炸或者兩顆鄰近的緻密星體（黑洞或中子星）合併而產生的。伽馬射線暴短至千分之一秒，長則數小時，會在短時間內釋放出巨大能量。如果與太陽相比，它在幾分鐘內釋放的能量相當於萬億年太陽光的總和，其發射的單個光子能量通常是典型太陽光的幾十萬倍。
基本介紹
- 中文名：伽瑪射線暴
- 外文名：Gamma Ray Burst
- 縮寫：G.R.B.
- 又稱：伽瑪暴
- 類別：光學射線，天文學強爆炸
- 學科：天文學
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大部分外星生命已經被它掃死了
物理學家通過計算發現強大的伽瑪射線暴能夠殺死一定範圍的宇宙生命，更致命的是伽瑪射線暴還有定期發生的規律，這對宇宙生命而言是個不利的訊息，因為這一情況可以阻止宇宙生命進化成高級物種。最新的評估認為，伽瑪射線暴可能清除了大約90%的星系空間，銀河系內也受到伽瑪射線暴的衝擊，地球生命在未來可能也將面臨類似的命運。伽瑪射線暴來自恆星進入生命末年時的爆發，強大的輻射可破壞DNA，並導致行星失去大氣層。
科學家還發現，伽瑪射線暴在過去5億年左右襲擊過地球，導致大量的生命滅絕，這個解釋或許能夠說明為什麼我們至今仍然沒有找到其他宇宙生命，科學家根據巡天觀測的結果也發現伽瑪射線暴可能讓許多星系毫無生機。地球在過去的歲月中也受到伽瑪射線暴的“洗禮”，但地球生命卻頑強生存下來，這一情況也會宇宙中其他天體上出現，這意味著其他天體上的生命可能具有更頑強的生命力。
在過去的5億年左右，銀河系內的伽瑪射線暴事件讓銀河系大部分地區都無法生存，來自耶路撒冷希伯來大學的物理學家Tsvi Piran稱我們發現致命的伽瑪射線暴在銀河系內出現得非常頻繁，地球周圍也可能出現伽瑪射線暴，但是銀河系中央附近的伽瑪射線暴要更強大一些，位於銀河系邊緣地帶出現伽瑪射線暴的機率會低於50%。從距離上看，距離銀河系中央大約3.2萬光年之外宇宙生命生存下來的機率會更大一些。
從星系的分布特點可以看出，生命適合在大型星系的邊緣生存，這裡的空間環境是最安全的，因此偌大的星系其實只有邊緣附近適合生存，此類空間占星系的10%左右。根據空間望遠鏡的觀測結果，宇宙中伽瑪射線暴幾乎每天都在發生，而且方向是隨機的，如果某個擁有生命的行星不幸處於伽瑪射線暴的釋放路徑上，那么這顆天體上的生命將遭遇滅頂之災，科學家認為這樣的事件發生機率為1千萬分之一。
研究歷史
伽馬射線暴是1967年美國Vela衛星在核爆炸監測過程中由克萊貝薩德爾(Klebesadel)等人無意中發現的。
冷戰時期，美國發射了一系列的軍事衛星來監測全球的核爆炸試驗，在這些衛星上安裝有伽馬射線探測器，用於監視核爆炸所產生的大量的高能射線。偵察衛星在1967年發現了來自浩瀚宇宙空間的伽馬射線在短時間內突然增強的現象，人們稱之為“伽馬射線暴”。由於軍事保密等因素，這個發現直到1973年才公布出來。這是一種讓天文學家感到困惑的現象：一些伽馬射線源會突然出現幾秒鐘，然後消失。這種爆發釋放能量的功率非常高。一次伽馬射線暴的“亮度”相當於全天所有伽馬射線源“亮度”的總和。隨後，不斷有高能天文衛星對伽馬射線暴進行監視，差不多每天都能觀測到一兩次的伽馬射線暴。
伽馬射線暴
伽馬射線暴由於伽瑪暴的持續時間非常短暫，而且方向不好確定，起初對伽瑪暴的研究進展十分緩慢，連距離這樣的基本物理量都難以測定，1980年，基於Ginga衛星的觀測結果，許多人相信伽瑪射線暴是發生銀河系中的一種現象，成因與中子星有關，並圍繞中子星建立起數百個模型。20世紀80年代中期，美籍波蘭裔天文學家玻丹·帕琴斯基提出，伽瑪射線暴發生在銀河系外，是位於宇宙學距離上的遙遠天體，然而這種觀點並沒有得到普遍認可。
1991年美國發射了康普頓伽瑪射線天文台（CGRO），這顆衛星的八個角上安裝了八台同樣的儀器BASTE，能夠定出伽瑪射線暴的方向，精度大約為幾度，幾年時間裡，對3000餘個伽瑪暴的系統巡天發現，伽瑪射線暴在天空中的分布是各向同性的，支持了伽瑪射線暴是發生在遙遠的宇宙學尺度上的觀點，並且引發了帕欽斯基與另一位持相反觀點的科學家拉姆的大辯論。
如果伽瑪射線暴確實位於宇宙學尺度上，那么由它的亮度可以推斷，伽瑪暴必定具有非常巨大的能量，往往在幾秒時間裡釋放出的能量就相當於幾百個太陽一生中所釋放出的能量總和，是人們已知的宇宙中最猛烈的爆發，例如1997年12月14日發生的一次伽瑪暴，距地球120億光年，在爆發後一兩秒內，其亮度就與除它以外的整個宇宙一樣明亮，它在50秒內釋放出的能量相當於銀河系200年的總輻射能量，比超新星爆發還要大幾百倍。在它附近的幾百千米範圍內，再現了宇宙大爆炸後千分之一秒時的高溫高密情形。而1999年1月23日發生的一次伽瑪暴比這還要猛烈十倍。
1996年，義大利和荷蘭合作發射了BeppoSAX衛星，這顆衛星能夠準確地測定伽瑪射線暴的方位，定位精度約為50角秒，這就為地面上的望遠鏡在伽瑪暴未消逝之前尋找其光學對應體提供了強有力的支持。在它的幫助下，天文學家們率先發現了1997年2月28日爆發的一個伽瑪暴的光學對應體，稱為伽瑪暴的“光學餘輝”，後來又陸陸續續地發現了數個類似的餘輝，不僅有可見光波段的，也有射電波段，X射線波段，並且還證認出了伽瑪暴的宿主星系，對宿主星系紅移的觀測證實，伽瑪暴遠在銀河系以外，是宇宙學距離上的天體，餘輝的發現使人們能夠在伽瑪暴發生後數月甚至數年的時間裡對其進行持續觀測，大大推動了伽瑪暴的研究。
至2015年人們已經觀測到了2000多個伽馬暴。
產生原因
1998年發現伽瑪暴GRB 980425與一個超新星SN Ib/Ic 1998bw相關聯。這是一個重要的發現，暗示伽瑪暴的成因可能是大質量恆星的死亡。2002年，一個英國的研究小組研究了由XMM-牛頓衛星對2001年12月的一次伽瑪暴的長達270秒的X射線餘輝的觀測資料，發現了伽瑪暴與超新星有關的證據，發表在2002年的《自然》雜誌上。進一步的研究揭示，普通的超新星爆發有可能在幾周到幾個月之內導致伽瑪射線暴。大質量恆星的死亡會產生伽瑪暴這一觀點已經得到普遍認同。
現象分類
伽瑪暴有兩類，短暴（小於2秒）與長暴（大於2秒）。
長暴被普遍認為是“超新星的類似物”，標誌著50至100倍於太陽的恆星的毀滅性爆發。當這樣一顆龐大的恆星爆炸時，它會留下一個黑洞，並將這一信息以伽瑪射線的形式掃過宇宙。內在的物理機制首先由加州大學的物理學家Stan Woosley博士提出並發展成形，而他的“坍縮星”模型被認為是解釋長暴的主流理論。
短暴更為讓人迷惑。它們的起落時間非常短，不會是超新星，而爆發的能量並不足以構成恆星的爆發。許多研究者認為，它們是由超緻密的中子星（可能也是中子星與黑洞）碰撞產生的。兩種情況都會產生另一個黑洞。
伽馬射線暴的能源機制至今依然遠未解決，這也是伽馬射線暴研究的核心問題。隨著技術的進步，人類對宇宙的認識也將更加深入，很多現在看來還是個謎的問題也許未來就會被解決，探索宇宙的奧秘不但是人類追求科學進步的必要，這些謎團的解開也終將會使人類自身受益。
主要特徵
伽瑪射線暴的持續時間一般在0.1秒到1000秒左右，以2秒為界，大致可以分為長暴和短暴兩類，典型的持續時間分別為30秒和0.3秒。時變的輪廓比較複雜，往往具有多峰的結構。伽瑪射線暴在天空中的分布是各向同性的，但遠距離的伽瑪射線暴明顯少於近距離的，顯示出非均勻各向同性，可以被膨脹宇宙學模型所支持，表明伽瑪射線暴是發生在宇宙學距離上的。
伽瑪射線暴爆發過後會在其它波段觀測到輻射，稱為伽瑪射線暴的餘輝。根據波段不同可分為X射線餘輝、光學餘輝、射電餘輝等。餘輝通常是隨時間而指數式衰減的，X射線餘輝能夠持續幾個星期，光學餘輝和射電餘輝能夠持續幾個月到一年。
爆發歷史
一、星際塵埃吸收伽馬射線暴可見光，2009年6月8日，在美國天文學學會會議上美國加州大學伯克利分校丹尼爾－珀利(Daniel Perley)說：“我們相信已經揭開了黑暗伽馬射線暴的成因之謎。”他和同事們通過加州帕洛馬天文台直徑60英寸的望遠鏡發現“雨燕”探測衛星曾觀測的29個伽馬射線暴中14個是黑暗的，無法觀測到可見光波。他們進一步通過夏威夷凱克天文台的10米望遠鏡進行觀測，結果顯示它們並不是完全處於黑暗狀態。這14個黑暗伽馬射線暴中有3個透出微弱光線，像昏暗的餘暉，其餘的11個伽馬射線暴雖然處於黑暗狀態，但是研究小組發現了導致伽馬射線暴產生的強烈爆炸所在的星系。這說明這些伽馬射線暴產生的星系距離地球不會超過129億光年，因為這已經接近了人類宇宙觀測的極限。而且如果距離超過129億光年，任何可探測的光波都會發生都卜勒紅移。
幾次特別的伽馬射線暴
1997年12月14日發生一次伽馬射線暴，它距離地球遠達120億光年，所釋放的能量比超新星爆發還要大幾百倍，在50秒內所釋放出伽馬射線能量就相當於整個銀河系200年的總輻射能量。這次伽馬射線暴持續時間在一兩秒內，其亮度與除它以外的整個宇宙一樣明亮。
1999年1月23日發生的伽馬射線暴比這次更加猛烈，它所放出的能量是1997年那次的十倍，這也是人類迄今為止已知的最強大的伽馬射線暴。
在2009年4月23日，天文學家曾觀測到迄今最遙遠的伽馬射線暴，它距離地球131億光年，也是人類觀測到的最遙遠天體，導致該伽馬射線暴發生的強烈爆炸發生在宇宙起源後不到7億年時。研究小組評估稱，黑暗伽馬射線暴在宇宙早期階段所有伽馬射線暴中只占0.2%到0.7%，這也說明宇宙起源早期並沒有發生非常多的恆星形成現象。
2004年，地球曾遭遇巨型“耀斑”襲擊，一次來自宇宙深處的高能伽馬射線暴轟擊了地球大氣。那一次轟擊前所未有，其在小於一秒的瞬間發出的能量相當於太陽在50萬年內發出的總能量。
這一事件發生在2004年12月27日，它來自一類中子星：磁星。這種中子星具有超強的磁場，這次爆發的這顆位於銀河系的另一端。發生爆發的磁 星編號為SGR 1806-20，它也被稱為“軟伽馬射線復現源”，通常這類天體輻射集中在低能伽馬射線波段，但當其磁場發生重置時，便會發生強烈能量爆發。它距離地球達 5萬光年，但它巨大的威力使人們在地球上甚至用肉眼都能看見。
2013年11月24日，多國研究人員報告他們利用太空與地面望遠鏡，觀測到截止2013年為止最亮的一個伽馬射線暴，這也是人們觀測到的最劇烈的一次宇宙爆炸。美國航天局的雨燕太空望遠鏡、費米伽馬射線太空望遠鏡以及其他地面望遠鏡，在2013年4月27日觀測到在多個方面都打破紀錄的伽馬射線暴GRB 130427A。它的亮度在地球上拿雙筒望遠鏡都可以看見。根據對餘暉的光譜觀測還發現，這個伽馬射線暴發生在距地球約36億光年處，這個距離僅為典型伽馬射線暴的三分之一遠。引發這個伽馬射線暴的是一顆巨大恆星的爆炸，該恆星質量是太陽的20到30倍，但體積只有太陽的3到4倍，是一顆非常緻密的恆星。
科學家最新研究稱，地球在公元8世紀時曾遭受宇宙中迄今已知的最強大的爆炸—伽瑪射線爆發的洗禮。此項研究的研究報告發表在了最新一期的國際著名天文刊物《皇家天文學會月報》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。
二、研究人員在2012年發現的證據表明，我們的地球曾在中世紀被一陣輻射擊中，但一直不清楚到底發生了什麼樣的宇宙事件。2012年，一項最新的研究表明，當時銀河系發生了兩個黑洞或兩顆中子星合併的現象。合併僅在數秒鐘內發生，但它們釋放出了大量的輻射波和能量。此項研究的負責人、德國耶拿大學天體物理學協會的教授拉爾夫·紐豪瑟（Ralph Neuhauser）說：“伽瑪射線爆發是非常有爆發力的活動，我們的研究表明，能量來自3000至12000光年遠，這在我們的銀河系範圍內。”
2013年11月21日，多國研究員表示，他們利用太空與地面望遠鏡，以前所未有的精度觀測到迄今最亮的一個伽馬射線暴，這也是人們觀測到的最劇烈的一次宇宙爆炸。阿拉巴馬大學亨茨維爾分校博士後熊少林分析道：“類似的爆炸可能是百年一遇。”首先，它是迄今人們觀測到的最亮的一個伽馬射線暴，在地球上拿雙筒望遠鏡都可以看見；第二，單個光子能量最高（950億電子伏），相當於典型太陽光的300億倍；第三，這個伽馬射線暴的餘暉高能輻射長達20小時，是持續時間最長的一次。此外，這次伽馬射線暴也是迄今觀測到的所有伽馬射線暴中總能量釋放最大的之一。
天文學家發現伽馬射線暴背後新機制
台北時間2013年12月28日訊息，據物理學家組織網站報導，澳大利亞科廷大學的天文學家發現了一類新的爆發恆星，他們在轉變為黑洞之前會首先停止對外發射無線電波輻射。這些恆星會用盡它們生前的最後一絲力氣發出一次強烈的輻射，即一次高能的伽馬射線暴，隨後死去。
直到現在，天文學家們一直相信在伽馬射線暴之後應當會緊隨其後出現無線電波波段的餘暉。而這一點正是澳大利亞悉尼大學和科廷大學全天天體物理學中心（CAASTRO）試圖去證明的。
此項研究的首席科學家，科廷大學天文學家保羅·漢考克博士（Dr Paul Hancock）表示：“但我們錯了。我們對一次伽馬射線暴的精確圖像進行的仔細研究，但它並沒有無線電輻射餘暉。我們現在可以有把握的說我們此前的理論是錯誤的，我們的望遠鏡設備沒有讓我們失望。”
該研究組用於構建伽馬射線暴超高精度圖像從而開展有關研究的技術方法已經在出版的《天體物理學報》上進行了詳細報導。
這項技術允許將超過200張圖像進行疊加，從而合成出比原始圖像質量好得多的伽馬射線暴圖像，但即便在這樣質量的圖像上，研究人員也沒有能發現存在無線電波段輻射餘暉的跡象。漢考克博士表示：“在我們的研究論文中，我們認為必定存在兩種不同的伽馬射線暴，其原因可能與爆發恆星不同的磁場特性有關。”
伽馬射線的閃電模擬
天文學家的以前說法：可能是由於這種伽馬射線暴距離太遠，無法在視覺波長範圍內觀測。最新一項研究揭示了其中的奧秘，星際塵埃吸收了幾乎全部的可見光，但能量更高的伽馬射線和X射線卻能穿透星際塵埃，被地球上的望遠鏡捕捉到。 大質量恆星的死亡會產生伽馬暴這一觀點已經得到普遍認同。天文學家認為，其中的大多數伽馬暴是在超大質量恆星耗盡核燃料時發生的。當恆星的核心坍縮為黑洞後，物質噴流以接近光速的速度向外衝出。噴流從坍縮星涌過，繼續向宇宙空間行進，並與先前被恆星照耀的氣體相互作用，產生隨著時間衰減的明亮餘輝。多數伽馬射線將在可見光範圍內呈現出明亮光線。然而一些伽馬射線暴卻是黑暗狀態，它們在光學望遠鏡中無法探測到。最新一項研究顯示，黑暗伽馬射線暴實際上並不是由於距離遙遠而無法觀測，它們無法釋放光線是由於被星際塵埃吸收了大部分的可見光，這些星際塵埃團可能是恆星孕育誕生地。
曾經引發4億年前生物大滅絕。它可能產生於雷，也參與閃電的形成旱新的研究表明，雷中釋放出的伽馬射線可能才是閃電形成的主要原關於雷電島×馬射線可能是閃電形成的主要原因。這個猜想.2008年前佛羅里達技術協因。康普頓伽馬射線天文台在上世紀會的天體物理學家約瑟夫-德懷爾就90年代早期就從地面的雷電中發現了提出了。伽馬射線。當時德懷爾從一些相關的學術報告伽馬射線是波長小於0.1納米的電中發現伽馬射線和閃電有關係，為了證磁波，輻射能量比x射線還高。伽馬射明這一關係，他建立了一個高能量輻射線在短期內突然增強就會形成射線暴.模型用來描述地球大氣層電場的形成。 其能量釋放相當於宇宙大爆炸。伽馬射結果發現，這些在電場中的伽馬射線釋線暴形成的原因，到底是由兩個中子星放的高速電子與大氣層其他微粒發生碰碰撞時產生的還是大質量恆星在死亡撞，可以產生強大的雷鳴聲.同時釋放時生成黑洞的過程中產生的.至今都沒出電荷。在雷雨天氣中.上升氣流和下有定論。但有一點是科學家們都承認的，降氣流推動水分子互相作用.電場強度那就是在有巨大的宇宙能量產生時，比增大，最終釋放出的電子以接近光速的如雷暴產生的過程中.會產生伽馬射線.速度穿越空氣。
雖然當時德懷爾的猜想神秘的閃電可能是由雷暴釋放的伽馬射線形成的。自然也就僅限於猜想而已.最終並沒有形成定論。真正可以模擬並最鄰近伽馬射線形成閃電模擬的.是2012年日本東京理工大學和日本物理和化學研究所聯合的一次研究。這個研究組派出一支伽馬射線研究分隊，到日本海的低空中觀察在雷電中形成的伽馬射線。
研究成果
襲擊地球
廣泛的理論認為，第一次物種大滅絕在四億多年前的奧陶紀，地球曾被伽瑪射線爆襲擊，天空中會出現兩個太陽的現象，70%的大氣被破壞，致使海洋生物鏈基層被破壞，75%的生物從地球上消失。這就是第一次物種大滅絕，使脊椎動物成為了地球上新的霸主。
科學家發現一場神秘的短伽馬射線暴產生的高能輻射可能襲擊了公元八世紀的地球。如果同樣的情形發生在現代，可能造成衛星毀損，甚至破壞地球臭氧層，對地球生物造成毀滅性的影響。
在2012年，科學家宣布在古樹木年輪中檢測到高水平的碳14同位素和鈹-10含量，而這些古樹木形成於公元775年，這項發現暗示了在公元774年或者公元775年發生了宇宙高能輻射襲擊地球的事件。當來自宇宙空間的高能輻射與高空大氣中的原子發生碰撞後，便形成了碳14和鈹-10。
通過研究，科學家們排除了距離太陽系較近的超新星爆發的可能性，這是因為人們並沒有記錄下天空中出現的異常現象，而且現代天文學沒有觀測到可能的天體殘骸。
由此，科學家提出了另一種解釋，認為這次宇宙高能輻射襲擊地球可能源於兩個天體發生的合併事件。當這種情況發生時，就會釋放一些伽馬射線，天體的合併伴隨著短暫而強烈的伽馬暴，但是在可見光波段上可能沒有任何跡象。
科學家還指出，此類天體事件距離太陽不會低於3000光年，因為少於這個距離發生的強伽馬暴和天體能量釋放就可以導致地球生命滅絕。天文學家也在尋找這個神秘的宇宙天體碰撞殘骸，可能是一個僅1200年歷史的黑洞，或者3000至1.2萬光年處的中子星等。
科學家表示，地球暫時不太可能再遇到一次同樣的情況，但若這種情形再度發生，外太空的現代人造衛星將首當其衝受到影響，高能輻射還會造成地面通訊、氣象研究中心癱瘓。而如果強伽馬暴距離地球更近的話，輻射威力將足以摧毀臭氧層，這會對地球上的生命造成毀滅性的影響。
嬰兒宇宙
伽馬暴發生在宇宙6億3千萬歲的時候，直接證實嬰兒宇宙中活躍著爆發的恆星和新誕生的黑洞。“這個新發現的伽馬暴打破了所有的紀錄，”Berger說。“它輕易地超越了最遙遠的星系和類星體。實際上，它表明，我們可以利用這些壯觀的事件來找到第一代恆星和星系。”
天文學家注意到，該源在最長波段的影像中存在，但是在最短的微米波長的影像中不存在。這一“缺失”對應的精確距離為130.35億光年，或者紅移為8.2，使得它成為人類迄今看到的最遙遠的天體。前紀錄保持者才發現，它的紅移為6.7，或者1億9千萬光年，GRB 090423顯然成為新的領跑者。
最新發現
2016年
大規模滅絕總是與“厄運”和“陰暗”相聯繫，它總能牽動我們的思緒，拓展我們的想像空間。畢竟，“恐龍的滅絕或許由小行星撞擊引起”這樣的猜測，聽起來是那么地具有傳奇色彩。
但並非所有大規模滅絕都如此富有戲劇性，也不是所有罪魁禍首都如此容易識別。發生在4.5億年前的奧陶紀大滅絕是地球五大歷史事件之一，導致海洋物種數量急劇下降。證據表明，這一巨變發生在冰河時代，而伽馬射線爆發是最有可能觸發此次大規模滅絕事件的原因之一。
