Duang的一声！我们看到宇宙中最壮丽的一场爆炸
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造就，发现创造力
造就第326位讲者 戴子高
长江学者
中国天文学会副理事长
很多人都看过绿巨人的电影。这部电影中里有一个超级英雄——绿巨人浩克（Hulk）。他本来是一个天才级的原子核物理专家，在一次实验中，意外地被伽玛射线照射，变成了绿巨人。
我的研究课题就是伽马射线暴（编者注：伽马射线暴是来自天空中某一方向的伽玛射线强度在短时间内突然增强，随后又迅速减弱的现象），它是宇宙中最壮丽的爆炸！
谈到伽玛射线暴，最为人所熟知的是去年8月17日发生的大事件——人类首次“听”到双中子星合并发出的引力波，同时从伽玛射线波段“看”到了双中子星的并合。
中子星合并爆炸的模拟效果图
人们是如何发现伽玛射线暴的？在1945年，美国为了尽快结束第二次世界大战，在广岛和长崎投下了两颗原子弹。
之后，美国为了监测前苏联和中国两国核试验产生的高能射线，于1967年发射了船帆座卫星，上面安装有监测伽马射线仪器。结果在当年就发现了十几例伽玛射线。
经过分析，这种伽玛射线不是来自于地球，而是来自太空，从而发现了伽玛射线暴。
但由于军事保密原因，科学家在1973年才第一次发表有关伽玛射线暴的文章。
那么，伽玛射线暴是在哪发生的？
从Swift卫星观察到的五百个伽玛暴的空间分布，我们可以看出伽玛暴的空间分布是随机发生的，从而表明伽玛射线暴在空间上是高度各向同性。（编者注：各向同性指物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特性，即某一物体在不同的方向所测得的性能数值完全相同，亦称均质性）。
伽玛暴的距离是宇宙学的距离。什么是宇宙学的距离？打个比方，我们如果用光来走的话，至少要走几亿年以上。
1997年是伽玛暴研究的一个重要转折点。我们通过BeppoSAX卫星对伽玛暴进行定位。
BeppoSAX卫星包含了三个探测器，一个叫伽玛暴监测器，一个叫宽视场相机，一个叫窄视场仪器。
宽视场相机和窄视场仪器可以对伽玛暴进行精确定位。精确定位之后，我们不仅在X射线，在光学和射电的波段都可以看到来自于伽玛暴的余辉辐射。
伽玛暴在一秒之内释放的能量相当于太阳在一百亿年释放的能量之和。
这个能量非常巨大，相当于3乘10的28次方颗原子弹释放的能量之和。试想一下，一个原子弹释放的能量，我们都受不了，这么多原子弹爆炸的能量该是多么巨大！
因此，伽玛暴的爆发机制与过程应该是非常极端的。
爆发有三个机制：
第一个机制是大质量恒星的坍缩。太阳是一颗普通的恒星，寿命为一百亿年。如果有一个质量十倍于太阳的恒星，它的寿命只有1000万年。
当这颗恒星要坍缩，结果是什么呢？
首先，恒星的中心向里面坍缩的时候，会形成黑洞，也有可能形成一个中子星。而在坍缩的过程中会产生喷流。这个喷流会穿过这颗恒星的包层，再穿越宇宙的空间。
假如这个喷流对着我们观测者，那么我们就可以看到一次伽玛暴；假如喷流偏离我们观测者的话，我们就观测不到它。
那么现在要证明为什么说伽马暴是起源于大质量恒星坍缩的？
人们在发现伽马暴余晖之后，马上发现它周围的环境可能是一种星风环境。什么叫星风环境？比如说一个大质量恒星，在经过长期的演化过程当中，会抛射出来物质，这些物质就形成了星风环境。如果我们发现有星风环境的话，那可能跟大质量恒星坍缩相关，这是一个间接的证据。
那么直接的证据是什么？2003年3月29号，伽玛暴跟一个超新星在同一个方向同时发生。而超新星爆发正是产生于大质量恒星坍缩。这个证据也就证明了伽玛暴也是起源于大质量恒星的坍缩。
第二个机制叫双中子星的并合，是由Paczynski在1986年提出的。这一思想已经被观测证实了。
去年10月16号，美国东部时间上午10点，全世界很多天文机构和政府组织同时举行新闻发布会，讲的就是同年8月17日，探测到引力波同时，看到了伽玛射线暴。在观测伽玛射线暴之后的11个小时，人们看到了千新星，它比太阳的亮度还要高出1亿倍。如果千新星在我们太阳这地方发生，那我们地球就会全部毁灭。
千新星
在双中子星并合产生千新星的过程中，会合成很重的元素。黄金、白金、白银，甚至还有放射性元素铀，都是由这个双中子星并合合成的。
那么双中子星并合之后的产物是什么呢？有人说可能合成一个黑洞，我和我的同事提出了一个不同的观点。我们认为，双中子星并合之后可能会产生一个质量比较大的中子星，而这个中子星跟黑洞是完全不一样的。
如果并合的产物是一个黑洞的话，那后面什么事情都没有了。但是如果是一个中子星的话，那么它后面就像吐泡泡似的，会产生辐射。
在引力波GW170814事件后的155天，科学家确实探测到这样的辐射，证明了双中子星并合之后，有可能产生大质量的中子星。
第三个机制是我和我的同事提出的，叫双中子星相变。当中子星的质量不断增加的时候，就像吃饭一样变得越来越胖，在巨大的引力挤压下，很快就坍缩成夸克星。这个夸克星的体积比中子星还要小，里面都是由夸克物质组成。从中子星坍缩为夸克星的过程中，会释放巨大的能量。这个能量也会产生伽玛射线暴。
我们的这个机制可以解释其他模型不能解释的观测特征。
如果伽玛射线暴在银河系里面发生，喷流对着我们的地球，会发生什么呢？
地球上面的氧气和氮气分子将会分解，生成二氧化氮。二氧化氮是一个酸性的分子，它会挡住可见光。
万物生长靠太阳。没有太阳的可见光，我们的生命就不能存在了。
除了挡住可见光，它还会破坏臭氧层。一旦臭氧层被破坏，紫外光就会透进来，我们地球将变得非常寒冷。而紫外光也将直接杀伤生命。
我们地球上的几次生命大消亡，都很有可能是因为在银河系里发生了伽玛暴，很有可能这个伽玛暴的喷流就对着我们地球。
有什么证据呢？
奥陶纪时期生命都生活在海洋中，如巨大的鹦鹉螺
证据就是海洋表面浮游层的生命曾经大量地消亡，而深海里面的生命却存活下来了，比如说巨大的鹦鹉螺可以存在。
6500万年之前的恐龙灭绝也有可能是因为伽玛暴。
假如今天有一个伽玛暴在我们附近发生，喷流对着我们地球的话，那么我们所有人肯定要消亡的。
但是伽玛暴发生在银河系里，喷流对着我们的概率是非常小的，大概几千万年才会发生一次。
将来怎么去观测伽玛暴呢？
Swift卫星、Fermi卫星是国际上观察伽玛暴的两个卫星。
中国也有“慧眼”硬X射线调制望远镜卫星，已于去年的6月15号成功发射。还有一颗是中法合作的“空间变源监视器”卫星，将在2021年发射。
“空间变源监视器”卫星里配备伽玛射线探测器、光学望远镜、硬X射线望远镜、软X射线望远镜、地面广角相机以及后随观测系统，可以从光学到伽玛射线整个波段观测伽玛暴。
很多人都知道这个大锅，就是中国的天眼FAST。这个大锅这个体积是非常大。如果你用这个大锅来烧饭的话，够全世界人民一天三顿的这个饭量了！
它的灵敏度非常高，对于我们研究伽玛暴，特别是从射电波段来研究伽玛暴非常重要。
最后我再简单地谈一谈人类为什么要探索宇宙？
首先，人类探索宇宙是想了解宇宙里各类天体的起源和演化。
比如说太阳怎么起源、怎么演化的？系外行星怎么起源、怎么演化的？将来我们人类能不能搬到系外行星去？
这些问题都非常重要。
第二，我们想研究极端条件之下的物理规律。我们在地球上揭示的规律只是在地球这个实验室里面。那么，这些规律在天文的、极端的条件之下能不能使用呢？比如在密度极高、磁场极强、温度极高、引力极强的极端条件之下，这些物理规律是不是对的呢？
我们都可以通过研究天文来揭示其中的规律。
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戴子高教授是天文专场中最早与我们沟通内容的嘉宾。舞台之外的他，单纯而又通透。
当我们问及，伽玛暴这种听起来和日常生活毫无关系的课题的研究意义时，戴教授毫不犹豫地回答说：“宇宙就是一个巨大的实验室，我们想要把在地球上已经求证的真理再放到宇宙这个大实验室里去求证、去玩。”
科学家就像充满好奇心的孩子一样。所以，对常人来说枯燥的天文观测和计算问题，对像他这样的科学家来说，却是一个“玩”的体验。
——策划人手记
造就学者·天文专场
评论区互动话题
呃，你想成为绿巨人吗？
文字 | 汉岚
校对丨其奇
天真~热，这周的下午茶，造姐替你买单了！
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会获得造就七日份下午茶一套
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