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每次看見伽馬射線大爆發,就相當於目擊巨星的死亡和黑洞的誕生

天文學家測量太空中遠離地球的物體與地球之間的距離時,採用的是一種叫做「紅移」的技術。利用這種技術,還可以測量出宇宙射線爆發離地球有多遠,它依據的原理是:大多數爆炸都會發出可見光,可以把這些可見光分解成連續光譜,如果星體距地球越遠,則光譜中紅色的成分越多;雖然伽馬射線不屬於可見光,也不會產生紅移現象,但當伽馬射線穿越太空時,會碰撞飄浮在太空中的氣體和塵埃,氣體和塵埃被加熱後會發出可見光,有時發光可持續數天。如果能找到這些可見光,就可以將其紅移。從而最終找出伽馬射線爆的位置所在。

1997年5月9日,一次伽馬射線大爆發被探測器接收到了。全世界的天文台站一片忙碌,科學家們忙著對望遠鏡重新編程、重新聚焦,希望能找到伽馬射線燃起的餘輝。很幸運,他們找到了。一團模糊的光影出現在天空,天文學家立即對它行分析:它不在光譜的藍端(在藍端意味著爆炸就發生在銀河系裡),甚至不在綠光的範圍內。如果是在黃色光的範圍內,就意味著爆炸發生在銀河系以外很遠的地方。可惜它也不是黃光,事實上,它很接近光譜的紅色末端,這就是說,爆炸的發生地遠在宇宙的另一邊——距離地球達100億光年!

這一發現讓科學家們興奮不已。不過,問題也接踵而來:距地球逾100億光年,即使把宇宙中的全部星體都放在那麼遠的一個點上,也不能產生如此強大的足以到達地球的伽馬射線爆發。

莫非,愛因斯坦的質能公式錯定了?如果愛因斯坦錯了,那麼整個宇宙物理學就全錯了。科學家此時終於意識到,必須重新審視眼前的這個怪物。可是,問題究竟出在哪裡呢?以前對它的認識偏頗的結症又在哪呢?

在此之前,物理學家常常假設當爆炸發生時,能量會向周圍各個方向釋放;因此,當深空中的伽馬射線爆發時,在地球上看到的就只是這種爆發的很小一部分,也就是說只有很小一部分的能量能到達地球,如果加上向其他方向釋放的能量,那麼爆炸的全部能量就是一個天文數值,就是數學上的無窮大。事實上,問題就出在這。在百思不得其解之後,有人注意到了黑洞。黑洞是恆星耗盡自身的所有燃料後自我塌陷的結果。黑洞的引力極其強大,能吞噬周圍的一切物質,同時噴出兩道能量流。關於黑洞的具體細節我們在以後的章節會提到。在這要明白的是,如果伽馬射線爆發也是像黑洞一樣以狹窄的能量流方式釋放能量,則符合愛因斯坦的質能公式。也就是說,在地球上探測到的能量就是伽馬射線大爆發時釋放的幾乎全部能量,爆發地點就在宇宙遙遠的另一邊。

那麼,情況果真如此嗎?2001年2月22日,又一次伽馬射線大爆發開始了。天文學家在分析所得資料後,立即感覺到了異常。在通常的爆炸中,能量的釋放會達到一個最高點,然後慢慢衰落。但這次的信號不僅很強,而且長時間保持穩定。

究竟什麼爆炸能釋放如此強大的能量呢,終於有科學家意識到,只有一種地方可發出如此恆定的無線電信號,那就是被譽為「宇宙奇觀」之一的「恆星產房」——恆星誕生的地方,這裡每天都有全新的恆星誕生。據天文學家的證實,在所有星系中,都發現了「恆星產房」,它們由巨大的氣體和塵埃雲團組成,直徑達數百光年。在這些雲團中的某些地方,壓力相當大,使一些高熱、高密度的團塊得以形成。隨著溫度的不斷提高,開始產生核反應,氣團隨著這反應燃燒,最終變成恆星。看來,正是在這些「恆星產房」內或附近產生了伽馬射線大爆發。因此,如果在某個「恆星產房」附近發現了伽馬射線大爆發,也就暗示伽馬射線大爆發與恆星的形成過程有關。

可是這裡又出現了矛盾。一般理論認為,伽馬射線爆發是由黑洞產生的,而黑洞是恆星死亡的結果,因此伽馬射線又怎麼可能來自恆星誕生之地呢,難道恆星會在「恆星產房」中早夭嗎?事實上,大多數恆星的壽命可以達到100億年,而到它們死亡時,「恆星產房」早已不復存在。然而,如果一顆恆星能長得很「胖壯」而成為「巨星」,它的燃燒就會大大加劇,從而導致它的生死周期急劇縮短,說得通俗一點,就是它們「剛出生便死在襁褓中」。這些「巨星」雖然有更多燃料可燃燒,卻也會燃燒得更加迅猛。也就是說,「巨星」的葬身之地離出生地很近。因此,如果伽馬射線爆發來自「巨星」的死亡之地,那麼也就是來自恆星的誕生之地。

據此,有人提出了「超—超新星」理論。這種理論認為,隨著「巨星」形成,一切就在「恆星產房」中開始了。在短短几百萬年內,「巨星」燃盡其內核中的燃料,坍塌成為黑洞。隨著黑洞噴出兩道強力伽馬射線流,「超—超新星」即形成。也就是說,我們每次看見伽馬射線大爆發,就相當於目擊「巨星」的死亡和黑洞的誕生。這樣,伽馬射線之謎就可以破解了。

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