宇宙γ射線爆發

宇宙γ射線爆發

宇宙γ射線爆發是指宇宙中 γ射線源的一種短暫的猛烈的爆發。這種爆發是克萊比塞得和斯特朗等於1973年根據“維拉”衛星上 γ射線探測器的觀測資料發現的。分析表明,這種爆發同地球、月球、太陽和行星都沒有關係,肯定發生在太陽系以外,因此,被稱為宇宙 γ射線爆發(簡稱 γ爆發)。它是二十世紀七十年代天體物理學的重大發現之一。

宇宙γ射線爆發

γ 爆發的重要特徵之一是輻射變化劇烈而迅速。輻射能隨時間變化的曲線(稱為時間輪廓)通常是由若干個分立的脈衝組成,其主要參數如下表。 由輻射發生顯著變化的時間τ可以推測爆發源的近似直徑d,因為τ不應小於信息通過源體所需的傳播時間,即cτ≥d,式中c為光速。根據此式,由“阿波羅”16號測得的爆發源直徑不超過 1,500公里。1976年測得一個上升時間只有一毫秒的γ爆發,其源體直徑不超過 300公里,是迄今測得的最小爆發源。γ爆發的輻射能量範圍從幾千電子伏到幾兆電子伏,它在地球處的總能流在3×10-6 ~1.5×10-3 爾格/(厘米2 ·秒)之間,典型值則為10-4 爾格/(厘米2 ·秒)。設γ爆發的輻射是各向同性的,若γ爆發發生在離我們最近的恆星處(近似地取為3光年),其輻射功率將為1034 爾格/秒。即使把爆發源的直徑估計得大些,假定為2,000公里,從它的每單位表面輻射的γ射線能量也比太陽上每單位表面輻射的總能量大幾百萬倍。而事實上,爆發源的距離很可能比3光年遠得多,因此,γ爆發是一種十分猛烈的爆發現象。在γ爆發的觀測中,確定爆發源的方位和距離是一件很困難的事。到1976年,已有記錄的50多個事例中,僅有7個事例得到確定的方位,有9個事例各得到兩個可能的方位。在這些方位上未找到任何已知的天體與之對應。只有一兩個可能的方位與X射線源天鵝座X-1有關。爆發源的方向視分布呈各向同性,統計方法處理後略呈向銀道面聚集的趨勢。爆發源的距離至今無法確定。某些觀測資料有利於爆發源位於銀河系內的看法。
理論天體物理學家們對爆發源的本質、爆發機制和輻射過程等課題進行了初步的探討,提出幾十種模型。其中比較受重視的有兩類:①電漿相互作用模型,認為γ爆發發生於雙星體系,其伴星為緻密星或為中子星或為黑洞。由主星落向伴星的兩股等離子流相遇時,相互碰撞可能產生γ爆發。②恆星耀斑模型,是根據γ爆發的時間輪廓同太陽硬 X射線爆發的時間輪廓頗為相似而提出來的。後來的研究表明,γ爆發的源可能是強磁場的白矮星上的耀斑。中國的一些天體物理學家也對γ爆發進行了探索性的研究。

中子星-內部結構模型圖 中子星-內部結構模型圖
白矮星-內部結構模型圖 白矮星-內部結構模型圖

 

配圖

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γ射線,又稱γ粒子流,是原子核能級躍遷蛻變時釋放出的射線,是波長短於0.01埃的電磁波。γ射線有很強的穿透力,工業中可用來探傷或流水線的自動控制。γ射線對細胞有殺傷力,醫療上用來治療腫瘤。 
γ射線首先由法國科學家P.V.維拉德發現,是繼α、β射線後發現的第三種原子核射線。

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