伽马射线暴（英语：Gamma Ray Burst，缩写GRB），简称伽马暴，是来自天空中某一方向的伽马射线强度在短时间内突然增强，随后又迅速减弱的现象，持续时间在0.01-1,000秒，辐射主要集中在0.1-100 MeV的能段。伽马暴发现于1967年，数十年来，人们对其本质了解得还不很清楚，但基本可以确定是发生在宇宙学尺度上的恒星级天体中的爆发过程。伽马暴是目前天文学中最活跃的研究领域之一，曾在1997年和1999年两度被美国《科学》杂志评为年度十大科技进展之列。
伽马射线暴的研究历史
发现及早期研究
1960年代，美国发射的船帆座卫星装有监测伽马射线的仪器，用于在签署《部分禁止核试验条约》后，监视苏联核试时产生的大量伽马射线。1967年，这颗人造卫星发现来自宇宙的伽马射线突然增强，随即又快速减弱，这种现象是随机发生的，大约每天发生一到两次，强度可以超过全天伽马射线的总和，而且来源不在地球，而是宇宙空间。由于保密原因，关于伽马射线暴的首批观测资料直到1973年才被公开。[1]
由于伽马暴的持续时间非常短暂，而且方向不好确定，起初对伽马暴的研究进展十分缓慢，连距离这样的基本物理量都难以测定。1980年代，基于Ginga卫星的观测结果，许多人相信伽马射线暴是发生在银河系中的一种现象，成因与中子星有关，并围绕中子星建立起数百个模型。1980年代中期，美籍波兰裔天文学家玻丹·帕琴斯基提出，伽马射线暴发生在银河系外，是位于宇宙学距离上的遥远天体，然而这种观点并没有得到普遍认可。
宇宙学起源的证实
1991年美国发射了康普顿伽马射线天文台（CGRO），这颗卫星的八个角上安装了八台同样的仪器BATSE，能够定出伽马射线暴的方向，精度大约为几度。几年时间里，对3,000余个伽马暴的系统巡天发现，伽马射线暴在天空中的分布是各向同性的，支持了伽马射线暴是发生在遥远的宇宙学尺度上的观点，并且引发了帕琴斯基与另一位持相反观点的科学家拉姆的大辩论。
如果伽马射线暴确实位于宇宙学尺度上，那么由它的亮度可以推断，伽马暴必定具有非常巨大的能量，在几秒时间里释放出的能量就相当于几百个太阳一生中所释放出的能量总和，是人们已知的宇宙中最猛烈的爆发。
余辉的发现
1996年，意大利和荷兰合作发射了BeppoSAX卫星，这颗人造卫星能够准确地测定伽马射线暴的方位，定位精度约为50角秒，这就为地面上的望远镜在伽马暴未消逝之前寻找其光学对应体提供了强而有力的支持。在它的帮助下，天文学家率先发现在1997年2月28日爆发的一个伽马暴的X射线对应体，称为伽马暴的“X射线余辉”。后来伽马暴的可见光波段、射电波段余辉陆续被观测到。余辉的发现使人们能够在伽马暴发生后数月甚至数年的时间里对其持续观测，大大推动了伽马暴的研究。
雨燕时代
BeppoSAX号卫星一直运作至2002年，和CGRO（与BATSE）在2000年脱离轨道。但是，伽马射线暴研究的革命激励开发一些专门设计的附加工具来探索伽马射线暴的性质，尤其是在紧随爆炸以后的最早时刻。其中至今最成功的太空飞行任务，雨燕卫星，在2004年被发射，截至2014年仍处于运行状态。2004年11月20日，美国国家航空航天局发射了用于探测伽马暴的雨燕卫星，它最大的特点是反应迅速，能够对转瞬即逝的伽马暴进行快速的响应。
费米时代
2008年6月，费米卫星成功发射，它搭载了伽马射线爆发监控仪器（Gamma-Ray Burst Monitor，缩写为GBM），可以每年数百次爆发的速度探测，其中有一些是有极高的能量足够亮到可以用费米大面积望远镜（Large Area Telescope，缩写为LAT）进行观察。
伽马射线的观测特征
时标和能谱
伽马射线的持续时间一般在0.01秒到1,000秒左右，以2秒为界，大致可以分为长暴（long burst）和短暴（short burst）两类，典型的持续时间分别为30.0秒和0.3秒。时变的轮廓比较复杂，往往具有多峰的结构。长暴的能谱较硬，短暴的能谱较软。
余辉
伽马射线暴爆发过后会在其它波段观测到辐射，称为伽马射线暴的余辉。根据波段不同可分为X射线余辉、光学余辉、射电余辉等。余辉通常是随时间而指数式衰减的，X射线余辉能够持续几个星期，光学余辉和射电余辉能够持续几个月到一年。
在天球上的分布
伽马射线暴在天空中的分布是各向同性的，但远距离的伽马射线暴明显少于近距离的，显示出非均匀各向同性，可以被膨胀宇宙学模型所支持，表明伽马射线暴是发生在宇宙学距离上的。
伽马暴的成因
长暴
1998年发现伽马暴GRB 980425与一个超新星SN Ib/Ic 1998bw 相关联。这是一个重要的发现，暗示伽马暴的成因可能是大质量恒星的死亡。2002年，一个英国的研究小组研究了由XMM-牛顿卫星对2001年12月的一次伽马暴的长达270秒的X射线余辉的观测资料，发现了伽马暴与超新星有关的证据，发表在2002年的《自然》杂志上。进一步的研究揭示，普通的超新星爆发有可能在几周到几个月之内导致伽马射线暴。目前大质量恒星的死亡会产生伽马暴这一观点已经得到普遍认同。
短暴
短暴产生于两个致密天体如中子星或黑洞的并合。GW170817/GRB 170817A的发现证实了这一模型。
伽马暴研究展望
参见
参考文献
- ↑ Klebesadel, R.W., Strong, I.B., Olson, R.A., 1973, Astrophysical Journal, 182, L85.
