天文学家在遥远的宇宙中追踪短伽马射线爆发的痕迹

　　由西北大学领导的一个天文学家小组已经开发了迄今为止最广泛的短伽马射线暴（SGRB）起源的星系目录。利用几个高度敏感的仪器和复杂的星系模型，科学家们准确地确定了84个短伽马射线暴的星系家园，并探测了其中69个已确定的宿主星系的特征。在他们的发现中，他们发现大约85的研究中的SGRB来自年轻的、活跃的星体形成的星系。
　　天文学家们还发现，更多的SGRB发生在更早的时候，当时宇宙要年轻得多而且与宿主星系中心的距离也比以前所知的要大。令人惊讶的是，有几个SGRB被发现远在其宿主星系之外就像它们被踢出去一样，这一发现提出了一个问题，即它们如何能够走得这么远。
　　西北大学研究生AnyaNugent说：这是有史以来最大的SGRB宿主星系目录，所以我们期望它在未来许多年里成为黄金标准。建立这个目录，并最终拥有足够的宿主星系来看到模式并得出重要的结论，这正是该领域所需要的，以推动我们对这些奇妙事件的理解，以及恒星死亡后会发生什么。
　　跨越宇宙时间的短伽马射线暴宿主星系。资料来源：W。M。Keck天文台AdamMakarenko
　　该团队发表了两篇论文，详细介绍了新的目录。这两篇论文于11月21日星期一发表在《天体物理学杂志》上。由于SGRB是宇宙中最亮的爆炸之一，该团队将其目录称为BRIGHT（调查伽马射线暴宿主特征的宽带存储库）。BRIGHT的所有数据和建模产品都在网上公开，供社区使用。
　　Nugent是西北大学温伯格文理学院的物理学和天文学研究生，也是天体物理学跨学科探索和研究中心（CIERA）的成员。她的顾问是方文辉，温伯格学院的物理和天文学助理教授，也是CIERA的主要成员，他领导了第二项专注于SGRB宿主观测的研究。
　　未来比较的基准
　　当两颗中子星相撞时，它们会产生瞬间的强烈伽马射线闪光，被称为SGRB。虽然伽马射线只持续几秒钟，但光学光在消退到探测水平以下之前可以持续几个小时（这一事件称为余辉）。SGRB是宇宙中最发光的一些爆炸，每年最多只能探测到十几个，并被准确定位。它们目前代表了研究和了解大量合并的中子星系统的唯一途径。
　　自从美国宇航局的尼尔盖尔斯斯威夫特天文台在2005年首次发现SGRB的余辉以来，天文学家们在过去的17年里一直试图了解哪些星系产生这些强大的爆发。一个星系内的恒星可以让人了解产生SGRB所需的环境条件，并可以将神秘的爆发与它们的中子星合并的起源联系起来。到目前为止，只有一个SGRB（GRB170817A）被证实是中子星合并的起源因为它是在引力波探测器观测到双中子星合并（GW170817）后几秒钟被探测到的。
　　Fong说：十年后，下一代引力波观测站将能够探测到中子星合并，其距离与我们今天探测SGRB的距离相同。因此，我们的目录将作为一个基准，用于比较未来对中子星合并的探测。
　　研究报告的共同作者、西北大学天体物理学博士生YuxinDong说：这个目录真正能够产生的影响不仅仅是像SGRB这样的单一类别的瞬态现象。随着目录中呈现的大量数据和结果，我相信各种研究项目将利用它，也许甚至以我们尚未想到的方式。
　　对中子星系统的深入了解
　　为了创建这个目录，研究人员使用了W。M。Keck天文台、双子座天文台、MMT天文台、大型双目望远镜天文台和拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜的几台高灵敏度仪器，对SGRB宿主调查中发现的一些最微弱的星系进行深度成像和光谱分析。该小组还使用了美国宇航局的两个大型天文台，哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜的数据。
　　在这些新的研究之前，天文学家只对几十个SGRB的宿主星系进行了定性。新目录的数量是现有样本的四倍。有了更大的数据集的优势，该目录显示，SGRB宿主星系可以是年轻的、正在形成恒星的，也可以是老旧的、接近死亡的。这意味着中子星系统在广泛的环境中形成，其中许多具有快速形成到合并的时间尺度。由于中子星合并产生了像金和铂这样的重元素，该目录的数据也将加深科学家对贵金属在宇宙中首次产生时间的理解。
　　Nugent说：我们怀疑我们在较年轻的宿主星系中发现的较年轻的SGRB来自于在恒星形成爆发中形成的双星系统，它们是如此紧密地结合在一起，以至于它们可以非常快速地合并。长期以来的理论表明，一定有办法使中子星快速合并，但是，直到现在，我们还无法见证它们。我们在那些更古老的星系中发现了更古老的SGRB的证据，并相信那些星系中的恒星要么花了更长的时间来形成一个双星，要么是一个被进一步分离的双星系统。因此，那些需要更长的时间来合并。
　　运用韦伯太空望远镜的潜力
　　美国宇航局新的红外旗舰观测站詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）有能力探测到宇宙中非常早期的最微弱的主星系，它准备进一步推进对中子星合并的理解，以及它们开始于多远的年代。
　　Nugent说：我最兴奋的是，有可能利用JWST来深入探究这些罕见的爆炸性事件的起源。JWST观察宇宙中微弱星系的能力可以发现更多目前正在躲避探测的SGRB宿主星系，甚至可能揭示出一个缺失的群体和与早期宇宙的联系。
　　我在10年前就开始为这个项目进行观测，能够把火炬传给下一代研究人员是非常令人欣慰的，Fong说。看到多年的工作在这个目录中得以实现，这是我职业生涯中最大的乐趣之一，感谢那些真正把这项研究带到新水平的年轻研究人员。