由亚利桑那大学与犹他大学科学家组成的科研团队,借助美国国家科学基金会甚大阵列(NSF VLA)射电望远镜,首次在一次伽马射线暴中捕捉到了法拉第旋转的迹象。法拉第旋转是一种现象,其中磁场会影响光在宇宙空间传播时的偏振状态。这项观测成果首次揭示了伽马射线暴的磁性环境与它所产生的辐射之间如何相互作用,为深入理解驱动这些宇宙剧烈爆发的极端物理过程提供了新的视角。相关研究成果已提交至《天体物理学杂志快报》。
伽马射线暴是宇宙中最具爆发力的事件,它们在极短的时间内释放的能量,可以与太阳在其整个生命周期内所累积的能量相媲美。普遍认为,伽马射线暴会产生接近光速的狭窄粒子喷流,这些喷流在爆发后会形成持续数月的无线电“余晖”。尽管科学家们对伽马射线暴进行了数十年的研究,但与之相关的喷流及其周围环境的磁场强度一直难以精确测量。
本次研究聚焦的伽马射线暴代号为GRB 260310A。以宇宙距离标准衡量,该事件相对靠近地球,并且其“余晖”表现得尤为明亮,这为天文学家们提供了一个绝佳的观测机会。研究团队将NSF VLA望远镜对准了这场逐渐减弱的宇宙爆炸,结果发现其发出的无线电波发生了偏振,即光波的振荡方向发生了一致性的改变,仿佛受到某种力量的牵引。
研究人员注意到,这种偏振信号的特征随无线电波的波长而变化,这正是法拉第旋转效应的典型表现。此前,这种现象从未在伽马射线暴中被观测到。此次发现的法拉第旋转效应,如同一个独特的磁性“标记”,精确地记录了光线在传播过程中所遭遇的磁场强度与空间结构信息。这是因为,当光线穿过磁化的等离子体时,其偏振角会发生旋转,而旋转速度与波长之间的关系,则直接反映了磁场的强度:波长变化越快,意味着光线所穿越的磁场越强。
分析数据显示,在GRB 260310A的光路中测得的磁场强度,比银河系内部或星系际空间所能解释的范围高出数千倍。如此强大的磁场,强烈暗示了在恒星周围存在着异常稠密的磁化气体云,这很可能是形成GRB 260310A的那颗恒星在爆发前所处的环境留下的印记。
过去,天文学家在搜寻伽马射线暴偏振信号时,主要依赖短波段的观测设备,并且需要在“余晖”完全消散前争分夺秒地完成观测。而此次,借助NSF VLA望远镜,研究团队得以进入厘米波段进行观测,并首次成功测量到了伽马射线暴中的法拉第旋转,为理解类似足球世界杯赛场上的能量释放和磁场作用提供了新的线索。(记者刘霞)