2022年10月，天文学家被一个绰号为“BOAT”（Brightest Of All Time）的现象震惊了。“BOAT”的正式名称是GRB 221009A，是有史以来最明亮的伽马射线暴（GRB）。
伽马射线暴。（图/NASA's Goddard Space Flight Center）
现在，一组国际团队报道，NASA费米伽马射线空间望远镜记录下的数据揭示了一种前所未见的特征。在爆发几分钟之后，监测仪记录到了一个非同寻常的能量高峰。团队认为，这探测到了一个发射光谱，也是研究伽马射线暴半个世纪以来首次观测到的高置信度的发射线。这个特征可能是物质和反物质粒子湮灭的结果。研究已于近日发表在《科学》上。
伽马射线暴
伽马射线暴是宇宙中最强大的爆发，会放出大量的伽马射线，也就是光的最高能量形式。它的持续时间从几毫秒到几小时不等，按照时长也可以大致分为两类。
大约七成的事件是持续时间超过两秒的长暴，通常伴着明亮的余辉。天文学家认为，长暴的出现，与大质量恒星的核心耗尽燃料，坍缩形成中子星或黑洞（或新形成的磁陀星）有关。落入黑洞的物质会产生接近光速的高能粒子喷流，以接近光速的速度穿过原恒星的残骸喷射出去。当其中的喷流几乎直指地球时，就能探测到伽马射线暴。
BOAT是由大质量恒星死亡引发的。（图/NASA's Goddard Space Flight Center）
而那些持续时间不到两秒的伽马射线暴约占三成，它们被称为短暴，通常是从恒星形成很少的区域发射的。这些伽玛射线暴可能是两颗中子星并合的结果，或者是一颗中子星与一个黑洞并合形成千新星的结果。这种假说在2017年得到了证实，当时，LIGO合作组发现了两颗中子星并合发出的引力波信号，并伴随着与千新星相关的强大伽马射线暴。
BOAT属于长暴，它的爆发让大部分在轨伽马射线探测器迅速达到了饱和，让它们无法测量爆发最强烈的部分。但重建的观测数据加上统计论证表明，BOAT就是最明亮的伽马射线暴。像这样强大而明亮的事件，每一万年才会在地球上空出现一次。由于它狭窄的喷流直指地球，因此看上去格外耀眼。几个月前，进一步的研究确认了BOAT是由发生在240万光年之外的超新星爆发引发的。
BOAT发射线
当物质与光相互作用时，能量会以特有的方式被吸收并再发射。这些相互作用会让特定的颜色（或者说能量）变亮或变暗。当光像彩虹一样散布在光谱中时，就会产生可见的关键特征，就像在光谱上留下了独一无二的“指纹”。这些特征可以揭示大量信息，比如相互作用的化学元素。而在更高的能量下，光谱特征也能揭示特定的粒子过程，比如物质和反物质湮灭产生的伽马射线。
虽然先前一些研究已经报告了其他伽马射线暴中可能存在吸收和发射特征的证据，但都被后续研究推翻了，所有那些可能都只是统计上的波动。然而，令天文学家兴奋的是，BOAT中观测到的数据有所不同。他们确认，BOAT中这种发射线特征是噪声波动的几率还不到5亿分之一。
在费米探测器探测到BOAT大约5分钟后，它的亮度减弱到足以再次进行观测。此时，光谱中出现了一个奇怪的特征，被称为“推定发射线”。研究认为，发射线至少持续了40秒，峰值能量能达到约12MeV（百万电子伏特）。相比之下，电磁波谱的可见光区域的能量只有2到3电子伏特。
那么是什么产生了这种光谱特征呢？团队认为，最有可能的来源是电子及其反物质正电子的湮灭。电子和正电子碰撞时发生湮灭，将能量释放回宇宙，产生一对能量0.511MeV的伽马射线。由于观测到的是物质以接近光速运动的喷流，这种发射蓝移得相当明显，被推向了更高的能量。如果这种解释是正确的，要产生峰值12MeV的发射线，湮灭粒子必须以大约99.9%的光速移动。
喷流中的电子（electron）和正电子（positron）会湮灭产生一对伽马射线（gamma ray）；反之，两个伽马射线也会碰撞产生电子和正电子。（图/NASA's Goddard Space Flight Center）
研究人员认为，过去几十年间，人们对这些不可思议的宇宙爆发进行了大量研究，但对这些喷流的细节依然知之甚少。找到像发射线这样的线索，将有助于科学家更深入地研究这些极端情况。
#创作团队：
撰文：Takeko
排版：雯雯
#参考来源：
https://science.nasa.gov/science-research/astrophysics/gamma-ray-bursts/nasas-fermi-finds-new-feature-in-brightest-gamma-ray-burst-yet-seen/
https://arstechnica.com/science/2024/07/still-the-boat-fermi-telescope-reveals-new-feature-in-rare-gamma-ray-burst/
https://www.space.com/nasa-boat-gamma-ray-burst-antimatter-annihilation
#图片来源：
封面图&首图：Aaron M. Geller / Northwestern / CIERA / IT Research Computing and Data Services
声明：此文是出于传递更多信息之目的。部分图片、资料来源于网络，版权归原作者所有，如有侵权请联系后台删除。
