航天器在附近星系中检测到巨大的耀斑

　　除了黑洞，磁星可能是宇宙中最极端的恒星。它们的直径小于曼哈顿的长度，它们的重量比我们的太阳重得多，并具有任何已知物体的最大磁场，并且每隔几秒钟绕其轴旋转一次。

　　一种中子星——超新星爆炸的残留物，磁星被高度磁化，即使是磁场中的轻微扰动也能导致X射线爆发，偶尔持续几周或几个月。

　　这些奇异的致密恒星也被认为是某些类型的短伽马射线爆发(GRBs)的来源:自1970年代首次被发现以来，高能辐射的明亮闪光就一直困扰着天文学家。在银河系中发现了几个巨大的电磁耀斑。但是由于它们太强了，以至于它们使探测器饱和，并且尘埃掩盖了星系内部的观测结果，因此，加州大学伯克利分校的太空科学家凯文·赫里（Kevin Hurley）和一个国际天文学家团队一直在寻找我们星系外这些相同的耀斑拥有更清晰的视野。

　　45年的努力取得了回报。去年4月15日从一个1,140万光年远的星系中检测到一个短伽玛射线爆发，显示了一个清晰的信号，赫尔利认为这可以帮助天文学家更轻松地找到磁爆，并最终收集所需的数据，以检查解释磁星及其伽玛射线的许多理论耀斑。

　　加州大学伯克利分校太空科学实验室的高级太空人赫尔利说：“自1979年以来，我们已经发现了四次固体探测，发现了银河外巨大的电磁耀斑，其中两个几乎是来自不同星系的相同爆发。” “这使我们相信，可能会出现某种模板，它将帮助我们在将来更快地识别它们。我希望现在能加快步伐，因为我们对自己要寻找的东西了解得更多。”

　　GRB是宇宙中最强大的爆炸，可以在数十亿光年内检测到。当一对轨道中子星相互旋转并合并时，大多数持续时间不到两秒的时间称为短伽玛暴。天文学家在2017年的至少一些短伽玛暴确认了这种情况，这是中子星合并1.3亿光年后产生的引力波（时空的波动）之后爆发的。

　　赫利说：“但并非所有的短伽玛暴都适合中子星合并。具体来说，在我们已知的银河系中的29个磁星偶尔会表现出X射线活动，其中两个产生了巨大的耀斑，与这些合并产生的爆发不同。”

　　这些探测中的最新一次是在2004年12月27日，尽管距大约28,000光年远的磁星云爆发了，但该事件在地球的高层大气中产生了可测量的变化。

　　自1970年代末以来，赫尔利（Hurley）一直在运行行星际网络（IPN），这是一项24/7的工作，旨在浏览许多航天器的数据（目前为5架，每年捕获约325次伽马射线爆发），希望能找到更多的巨大电磁耀斑。该网络对于捕获2020年4月15日的耀斑至关重要。

　　在该星期三美国东部时间凌晨4:42之前不久，短暂而强大的X射线和伽马射线爆发扫过了火星，触发了美国高空中子探测器从美国宇航局的火星奥德赛飞船上飞行，该飞船自2001年以来一直在绕行星运行大约6.6分钟后，爆炸事件触发了NASA的Wind卫星上的俄罗斯Konus仪器，该仪器绕地球与太阳之间的某个点旋转，该点位于约930,000英里（150万公里）之外。再过4.5秒后，辐射通过地球，触发了NASA费米伽马射线太空望远镜和欧洲航天局的INTEGRAL卫星上的仪器。

　　这些数据表明，辐射脉冲仅持续了140毫秒，眨眼之间。

　　赫尔利和IPN团队成员、俄罗斯约夫研究所的德米特里·斯温金(Dmitry Svinkin)利用费米、斯威夫特、风、火星奥德赛和积分任务测量的到达时间来确定4月15日爆发的位置，该爆发被称为GRB 200415A，正好位于NGC 253的中心区域，253是一个明亮的螺旋星系，位于雕塑家星座约1140万光年之外。这是迄今为止为位于大麦哲伦云之外的磁星确定的最精确的天空位置，大麦哲伦云是我们银河系的卫星，也是1979年探测到的第一个巨大耀斑的宿主。

　　“这是迄今为止我们银河系中定位最精确的磁星，而且我们现在确实将其固定在了银河系上，不仅限于银河系，还包括我们期望恒星形成继续进行且恒星正在爆炸的银河系的一部分。这就是超新星应该存在的地方，磁星也应该在那里。”赫尔利说。

　　由于距离，银河系中的巨大耀斑与附近星系的耀斑看起来有些不同。天文学家已经记录到，银河系中的磁星产生的巨大耀斑及其卫星以独特的方式演化，峰值亮度迅速上升，随后逐渐出现波动的尾巴。这些变化是由于磁星的旋转而产生的，它反复地将耀斑的位置带入和带出了地球，就像灯塔一样。

　　新的发现揭示了多个脉冲，第一个脉冲仅在77微秒内出现，大约是相机闪光灯的速度的13倍，比合并产生的最快GRB的速度快100倍。

　　“我们认为上升时间和衰减时间的结合可能会向我们显示一个模板，因为我们之前已经看过它-我们早在2005年就看到了它，还有另一件事，几乎是抄本。两者的能谱也相似。”赫利说。

　　费米（Fermi）的伽马射线爆破监测仪还检测到了耀斑过程中能量的快速变化，这是以前从未观察到的。

　　阿拉巴马州汉斯维尔大学空间研究协会科学技术研究院副研究员奥利弗·罗伯茨说：“银河系中的巨大耀斑是如此耀眼，以至于它们淹没了我们的仪器，使它们无法把握自己的秘密。”“GRB 200415A和类似的遥远耀斑首次使我们的仪器能够捕获每项特征并以无与伦比的深度探索这些强大的爆发。”

　　人们对巨型耀斑知之甚少，但天文学家认为它们是磁星磁场突然重排的结果。一种可能性是，地表上方的磁场可能会变得过于扭曲，当它进入更稳定的形态时，会突然释放能量。磁星外壳的机械故障——恒星地震——可能会引发突然的重新配置。

　　罗伯茨和他的同事说：“数据显示了火山爆发期间地震振动的一些证据。”研究人员说：“这种发射是由以大约99%的光速移动的喷射电子和正电子云引起的。短时间的发射及其亮度和能量的变化反映了磁星的旋转，像汽车转弯时的前灯一样上下倾斜。”罗伯茨形容它最初是一个不透明的斑点——他把它描绘成类似于《星际迷航》系列中的光子鱼雷——随着它的传播而膨胀和扩散。

　　鱼雷也是此次事件最大的惊喜之一。伽马射线爆发监测仪记录的最高能量的X射线达到300万电子伏(MeV)，约为蓝光能量的100万倍。这颗卫星的主要仪器——大面积望远镜(LAT)也探测到了能量为480兆电子伏(MeV)、13亿电子伏(GeV)和1.7 GeV的三条伽马射线——这是磁星巨型耀斑探测到的最高能量的光。令人惊讶的是，所有这些伽马射线都是在耀斑在其他仪器中消失后很久才出现的。

　　斯坦福大学的高级研究科学家尼古拉·奥莫代伊(Nicola Omodei)领导的LAT团队调查了这些伽马射线，这些射线在主要事件发生后19秒至4.7分钟到达。科学家们得出结论，这个信号很可能也来自磁星耀斑。

　　磁星产生快速运动粒子的稳定流出。当这些粒子在太空中运动时，它们会进入、减速并转移星际气体。气体堆积起来，变得加热和压缩，形成一种叫做弓形冲击波的冲击波，就像移动的船前面的波纹。

　　在LAT团队提出的模型中，耀斑最初的伽马射线脉冲以光速向外传播，随后是喷出的物质云，其移动速度几乎与光速相同。几天后，他们都达到了弓休克。伽马射线穿过。几秒钟后，粒子云——现在扩展成一个巨大的薄壳——在弓形激波处与积累的气体碰撞。这种相互作用产生冲击波，加速粒子，在主爆发后产生最高能量的伽马射线。

　　赫尔利说：“4月15日的耀斑证明2020年和2004年的事件构成了他们自己的伽玛暴类别。”

　　“百分之几的短伽玛暴可能真的是磁星巨型耀斑。”位于巴吞鲁日的路易斯安那州立大学物理学和天文学助理教授埃里克·伯恩斯说，他领导了一项研究，确定了额外的河外磁星嫌疑人。“事实上，它们可能是迄今为止我们在银河系之外探测到的最常见的高能爆发——比超新星爆发的频率高大约五倍。”

　　虽然2005年M81星系和2007年仙女座星系(M31)附近的爆发已经被认为是巨大的耀斑，但他的团队发现了一个新报告的M83耀斑，也是在2007年看到的。除此之外，还有1979年的巨大耀斑以及1998年和2004年在我们银河系观察到的耀斑。

　　“这是一个小样本，但我们现在对它们的真实能量有了更好的了解，我们可以探测到它们多远。”伯恩斯说。