天文學家確定84個短伽馬射線暴的星系家園



跨越宇宙時間的短伽馬射線暴宿主星系 。資料來源：W.M. Keck天文臺/Adam Makarenko
據cnBeta：由西北大學領導的一個天文學家小組已經開發了迄今為止最廣泛的短伽馬射線暴（SGRB）起源的星系目錄 。利用幾個高度敏感的儀器和復雜的星系模型，科學家們準確地確定了84個短伽馬射線暴的星系家園 ， 并探測了其中69個已確定的宿主星系的特征 。在他們的發現中，他們發現大約85%的研究中的SGRB來自年輕的、活躍的星體形成的星系 。
天文學家們還發現，更多的SGRB發生在更早的時候，當時宇宙要年輕得多--而且與宿主星系中心的距離也比以前所知的要大 。令人驚訝的是，有幾個SGRB被發現遠在其宿主星系之外--就像它們被"踢出去"一樣，這一發現提出了一個問題，即它們如何能夠走得這么遠 。
西北大學研究生Anya Nugent說："這是有史以來最大的SGRB宿主星系目錄，所以我們期望它在未來許多年里成為黃金標準 。建立這個目錄，并最終擁有足夠的宿主星系來看到模式并得出重要的結論，這正是該領域所需要的，以推動我們對這些奇妙事件的理解，以及恒星死亡后會發生什么 。"
該團隊發表了兩篇論文 ， 詳細介紹了新的目錄 。這兩篇論文于11月21日星期一發表在《天體物理學雜志》上 。由于SGRB是宇宙中最亮的爆炸之一，該團隊將其目錄稱為BRIGHT（調查伽馬射線暴宿主特征的寬帶存儲庫） 。BRIGHT的所有數據和建模產品都在網上公開，供社區使用 。
Nugent是西北大學溫伯格文理學院的物理學和天文學研究生，也是天體物理學跨學科探索和研究中心（CIERA）的成員 。她的顧問是方文輝，溫伯格學院的物理和天文學助理教授，也是CIERA的主要成員，他領導了第二項專注于SGRB宿主觀測的研究 。
未來比較的基準
當兩顆中子星相撞時，它們會產生瞬間的強烈伽馬射線閃光，被稱為SGRB 。雖然伽馬射線只持續幾秒鐘，但光學光在消退到探測水平以下之前可以持續幾個小時（這一事件稱為余輝） 。SGRB是宇宙中最發光的一些爆炸 ， 每年最多只能探測到十幾個，并被準確定位 。它們目前代表了研究和了解大量合并的中子星系統的唯一途徑 。
自從美國宇航局的尼爾-蓋爾斯-斯威夫特天文臺在2005年首次發現SGRB的余輝以來 ， 天文學家們在過去的17年里一直試圖了解哪些星系產生這些強大的爆發 。一個星系內的恒星可以讓人了解產生SGRB所需的環境條件，并可以將神秘的爆發與它們的中子星合并的起源聯系起來 。到目前為止，只有一個SGRB（GRB 170817A）被證實是中子星合并的起源--因為它是在引力波探測器觀測到雙中子星合并（GW170817）后幾秒鐘被探測到的 。
Fong說："十年后，下一代引力波觀測站將能夠探測到中子星合并 ， 其距離與我們今天探測SGRB的距離相同 。因此，我們的目錄將作為一個基準，用于比較未來對中子星合并的探測 。"
研究報告的共同作者、西北大學天體物理學博士生Yuxin Dong說："這個目錄真正能夠產生的影響不僅僅是像SGRB這樣的單一類別的瞬態現象 。隨著目錄中呈現的大量數據和結果，我相信各種研究項目將利用它，也許甚至以我們尚未想到的方式 。"
對中子星系統的深入了解
為了創建這個目錄，研究人員使用了W.M. Keck天文臺、雙子座天文臺、MMT天文臺、大型雙目望遠鏡天文臺和拉斯坎帕納斯天文臺的麥哲倫望遠鏡的幾臺高靈敏度儀器，對SGRB宿主調查中發現的一些最微弱的星系進行深度成像和光譜分析 。該小組還使用了美國宇航局的兩個大型天文臺 ， 哈勃太空望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡的數據 。
在這些新的研究之前，天文學家只對幾十個SGRB的宿主星系進行了定性 。新目錄的數量是現有樣本的四倍 。有了更大的數據集的優勢，該目錄顯示 ， SGRB宿主星系可以是年輕的、正在形成恒星的 ， 也可以是老舊的、接近死亡的 。這意味著中子星系統在廣泛的環境中形成 ， 其中許多具有快速形成到合并的時間尺度 。由于中子星合并產生了像金和鉑這樣的重元素，該目錄的數據也將加深科學家對貴金屬在宇宙中首次產生時間的理解 。
Nugent說："我們懷疑我們在較年輕的宿主星系中發現的較年輕的SGRB來自于在恒星形成'爆發'中形成的雙星系統，它們是如此緊密地結合在一起，以至于它們可以非?？焖俚睾喜?。長期以來的理論表明，一定有辦法使中子星快速合并，但是，直到現在 ， 我們還無法見證它們 。我們在那些更古老的星系中發現了更古老的SGRB的證據，并相信那些星系中的恒星要么花了更長的時間來形成一個雙星，要么是一個被進一步分離的雙星系統 。因此 ， 那些需要更長的時間來合并 。"
運用韋伯太空望遠鏡的潛力
美國宇航局新的紅外旗艦觀測站詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）有能力探測到宇宙中非常早期的最微弱的主星系，它準備進一步推進對中子星合并的理解，以及它們開始于多遠的年代 。
Nugent說："我最興奮的是 ， 有可能利用JWST來深入探究這些罕見的爆炸性事件的起源 。JWST觀察宇宙中微弱星系的能力可以發現更多目前正在躲避探測的SGRB宿主星系，甚至可能揭示出一個缺失的群體和與早期宇宙的聯系 。"
"我在10年前就開始為這個項目進行觀測，能夠把火炬傳給下一代研究人員是非常令人欣慰的，"Fong說 。"看到多年的工作在這個目錄中得以實現，這是我職業生涯中最大的樂趣之一 ， 感謝那些真正把這項研究帶到新水平的年輕研究人員 。"

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