你是否曾经想过，当一颗恒星死亡时，它会发生什么？你可能会想到，它会变成一个白矮星、一个中子星或者一个黑洞。但你可能不知道，有些恒星在死亡的瞬间，会发出一种强烈的电磁辐射，这就是伽马射线暴。伽马射线暴是宇宙中最强大、最神秘、最令人惊讶的现象之一。它们可以在几秒钟内释放出比太阳在整个寿命中释放的能量还要多的能量。它们可以在数十亿光年外被探测到，甚至可以改变地球的气候和生物。它们也可以揭示黑洞的奥秘，甚至是时间的本质。今天将带你走进伽马射线暴的奇妙世界，让你了解它们是如何产生的，它们有什么特征，它们对我们有什么影响，以及我们如何探索它们。

伽马射线暴的发现可以追溯到上个世纪六十年代，当时美国为了监测苏联的核试验，发射了一系列的人造卫星，这些卫星装有能探测伽马射线的仪器。伽马射线是电磁波谱中能量最高的一种，通常只有在核反应中才会产生。科学家们希望通过这些卫星，能够及时发现苏联的核爆炸。然而，他们却意外地发现了一些来自太空的伽马射线信号，这些信号持续的时间很短，从几毫秒到几分钟不等，而且方向随机，没有规律可循。科学家们很快排除了这些信号是人造的可能性，因为它们的能量太高，超出了任何人类能造成的范围。那么，这些信号到底是什么呢？它们是怎么产生的呢？这些问题困扰了科学家们几十年，直到1997年，一颗名为贝普尔斯的卫星，首次捕捉到了一次伽马射线暴的全过程，包括它的前身、主体和余辉。这次观测揭开了伽马射线暴的面纱，让科学家们发现了它们的真正来源：垂死的恒星。

当一颗大质量恒星坍缩成黑洞时，它会以超亮伽马射线暴的形式发出明亮的SOS信号。现在，科学家们发现了这些神秘信号的一些非常奇特的东西：它们似乎逆转了时间。嗯，有点不可思议。发表在《天体物理学杂志》上的一项新研究发现，这些伽马射线暴是时间反转的，这意味着明亮的光波以一种方式吐出，然后以相反的顺序再次发出。研究人员表示，他们不知道是什么导致了这些时间反转的伽马射线信号，但他们补充说，黑洞周围的物理学是如此奇怪，以至于不能排除任何可能性。

据美国宇航局称，伽马射线暴是有史以来探测到的最高能量爆炸之一，其亮度超过地球太阳输出的一百万万亿倍。"伽马射线暴是自然界中已知的最明亮的光源。它们产生的能量输出比其他任何发光的东西都多，“该研究的主要作者、天体物理学家、南卡罗来纳州查尔斯顿学院研究生院副院长乔恩·哈基拉（Jon Hakkila）说。伽马射线暴的产生机制有两种，一种是两颗中子星碰撞，形成一个黑洞，这种情况下会发出短伽马射线暴，持续时间不超过两秒；另一种是超新星或恒星爆炸，在垂死的恒星坍缩成黑洞时会产生更长的伽马射线暴，持续时间从几秒到几分钟不等。对于这两种类型的伽马射线暴，“它们的大部分能量都以脉冲的形式出现”，Hakkila说。这些脉冲就像一道道闪电，照亮了黑暗的宇宙。

当Hakkila从数据中取出最主要的、最亮的脉冲以更好地看到其余的光信号时，他发现“这个闪光实际上有一些小的侧面闪光，”他说。研究人员发现，每个脉冲都有三个不同的峰值，每个脉冲的光强度增加然后降低几次。当科学家们查看数据时，他们碰巧发现这些峰值的结构看起来像镜子中的反射 - 先出现的先前脉冲的部分在随后的脉冲中最后出现。这就是时间反转的信号，它们让人感觉，时间在这里倒流了。

为了真正看到这一点，想象一下，如果你打开了三个电灯开关：A，然后是B，然后是C，然后总是先关闭C，然后是B，然后是A，Hakkila说。为了真正看到这一点，研究人员将整个信号拉伸，然后像一张纸一样从中间折叠起来。这种“折叠”过程使信号的上升与信号的下降保持一致。两端排列得非常好。 “伽马射线暴代表了黑洞的形成，在黑洞附近的空间和时间以及空间和时间之间的关系中都会发生各种非常奇怪的事情，”Hakkila说。虽然爆炸可能不会像科幻电影中那样通过某种辐射机制“逆转时间”，但“我不会排除任何奇怪的事情，”他说。 然而，一个更可能的解释可能来自观察冲击波如何在物质中移动，Hakkila说。

当一颗恒星爆炸时，一个巨大的冲击波可以穿过物质向外移动，并在它前进时照亮它。首先，它点亮团块 A，然后点亮团块 B，然后点亮团块 C。Hakkila说，为了引起时间反转的信号，波必须以某种方式以相反的顺序穿过这些团块。 “我只能想到两种方法，”他补充道。要么波必须撞击某种反射表面，类似于镜子，将冲击波反射向后，要么团块必须以某种奇怪的方式分布，这在普通物理学中是没有意义的。了解这一过程可以揭示恒星是如何死亡的，Hakkila补充道。 然而，并不是每个人都相信时间反转是伽马射线暴信号的最佳解释。 “我感谢作者的巨大努力。

然而，这项研究所建立的脚手架可能存在缺陷，“内华达大学拉斯维加斯分校高能天体物理学教授Bing Zhang说，他没有参与这项研究。 时间反转结构的发现是基于这样的假设，即每个伽马射线暴都“由几个明确定义的脉冲组成”，每个脉冲都有一个由数学方程描述的形状。但他补充说，这些脉冲的形状和性质可能比简单的数学形式更复杂，因此三峰脉冲残差可能不是物理上真实的。“也许是镜子假说…毕竟是有效的，但现在，对这一假设的支持是相当间接的，“张告诉记者。 与往常一样，我们越接近黑洞，画面就越奇怪。

伽马射线暴是宇宙中最令人着迷的现象之一，它们不仅可以让我们了解恒星的死亡和黑洞的形成，还可以让我们探索宇宙的演化和结构，甚至是时间的本质。伽马射线暴的研究还有很多未解之谜，例如它们的精确机制、它们的分类和分布、它们的能量来源和转换、它们的多波段特征和相互作用等。为了解答这些问题，我们需要更先进的观测设备和技术，以及更深入的理论和模拟。目前，有一些新的项目和计划正在进行或筹备中，它们将为伽马射线暴的研究带来新的机遇和挑战。

其中一个项目是中国的硬X射线调制望远镜（HXMT），它是中国第一颗X射线天文卫星，于2017年6月发射升空。HXMT的主要任务是观测高能X射线源，包括伽马射线暴，它可以在几秒钟内对伽马射线暴进行定位和分析，为后续的观测提供重要的信息。HXMT还可以利用伽马射线暴的光子，进行一种特殊的测量，叫做伽马射线暴偏振测量。这种测量可以揭示伽马射线暴的辐射机制和磁场结构，为理解伽马射线暴的物理本质提供新的线索。

另一个项目是欧洲的伽马射线暴监测器（GBM），它是欧洲空间局计划于2024年发射的一颗专门用来探测伽马射线暴的卫星。GBM的目标是提高伽马射线暴的探测率和定位精度，以及提高伽马射线暴的光谱和时间分辨率。GBM还将与其他的观测设备协同工作，形成一个多波段的伽马射线暴观测网络，从而能够对伽马射线暴进行全方位的研究。 除了这些项目，还有一些更大胆的计划正在酝酿中，例如建造一个能够直接观测黑洞的望远镜，或者利用引力波和中微子等新的探测手段，来揭开伽马射线暴的更多秘密。

伽马射线暴的能量之大，让人不禁担心，它们是否会对地球造成威胁？答案是肯定的，但也不必过于恐慌。伽马射线暴的发生频率很低，而且大多数的伽马射线都会被地球的大气层吸收或散射，只有很少一部分能够到达地面。即使如此，伽马射线暴也可能对地球的生物和环境产生一些影响，例如破坏臭氧层、引发酸雨、导致全球变暖、诱发基因突变等。

美国宇航局的斯威夫特卫星，它是专门用来观测伽马射线暴的卫星，它可以在几秒钟内定位到伽马射线暴的位置，并向地面的望远镜发送信号，让它们能够及时跟踪和观测伽马射线暴的余辉。