短短几秒钟内，比太阳100亿年辐射...
- Steed的围脖
- 2025-06-17 18:47:32
短短几秒钟内，比太阳100亿年辐射的总和还要多的能量，被释放出来；一道比星系本身还要明亮的光束，划破宇宙的黑暗——
这就是“伽马射线暴”（Gamma-ray Burst），宇宙中最极端、最明亮的爆炸事件。
长久以来，天文学家就像是宇宙悬案的侦探，一直在追问：究竟是什么样的“怪兽”，才能点燃这束毁天灭地的“上帝之光”？
现在，一群来自日本和德国的科学家，似乎找到了其中一个关键案犯。但他们用的不是望远镜，而是一台“宇宙模拟器”——借助当今世界上最强大的超级计算机之一，他们成功“导演”了一出完整的宇宙大戏，为我们揭开了谜底的一角。
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死亡之舞的主角：中子星
要理解这场大戏，我们得先认识一下主角——中子星。
想象一颗比太阳重得多的巨大恒星，在它生命的最后阶段，燃料耗尽，无法再抵抗自身引力的重压，最终发生剧烈的超新星爆炸。爆炸后，恒星的核心被极致压缩，所有的电子都被压入了质子，变成了中子。最终剩下的，就是一颗中子星。
它有多极端？这么说吧，一颗中子星的直径只有20公里左右，大概相当于一座城市的大小，但它的质量却比整个太阳还要大。一小勺中子星物质，就重达数十亿吨。它就像一个被压缩到极致的、城市大小的原子核，是宇宙中密度仅次于黑洞的物体。
当这样两颗极端致密的天体在引力的作用下相互环绕，它们就像是跳着一曲华丽的死亡之舞，不断靠近，最终以接近光速的速度猛烈相撞。科学家早就怀疑，这种被称为“双中子星合并”的事件，正是短伽马射线暴的来源之一。但怀疑归怀疑，从碰撞到爆发出那道惊天光束，中间到底发生了什么？这其中的“作案细节”一直笼罩在迷雾中。
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史上最长“宇宙电影”开拍
为了看清这些细节，由日本物理学家林航大（Kota Hayashi）领导的团队决定另辟蹊径：既然看不清，那我们就在计算机里“创造”一个！
他们动用了日本的超级计算机“富岳”（Fugaku），这是一台计算能力顶尖的国之重器。研究团队构建了一个前所未有的复杂模型，将解开宇宙奥秘所需的所有关键物理规律都“写”了进去。这其中包括：
▶ 爱因斯坦的广义相对论，用来描述极端引力。
▶ 磁流体力学（Magnetohydrodynamics, MHD），用来描绘等离子体和磁场的相互作用。你可以把它想象成研究宇宙中“带电的流体”如何运动的物理学。
▶ 还有复杂的中微子辐射和物质状态方程，它们决定了在这种极端环境下物质会如何表现。
准备工作就绪后，他们“按下播放键”，开始了一场长达1.5秒（这是真实世界的时间，对于这种模拟来说已经长得惊人）的宇宙事件重演。这是迄今为止对这类事件进行的最长的模拟，足以让我们看清整个“作案过程”。
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从坍缩到喷发：真相大白的瞬间
模拟开始。两颗质量略有差异的中子星（一颗1.25倍太阳质量，另一颗1.65倍）在引力波的涟漪中疾速螺旋，最终撞在一起。
然而，合并后的新天体并没有稳定下来。它变成了一个极度不稳定、短命的“超大质量中子星”。仅仅几毫秒后，震撼的一幕发生了——它没能撑住，瞬间向内坍缩，形成了一个全新的黑洞。
故事到这里远未结束。黑洞诞生后，周围并没有归于平静。那些在碰撞中被撕碎的中子星物质，没来得及掉入黑洞，而在其周围形成了一个高速旋转的、炽热的“吸积盘”（Accretion Disk）。这就像浴缸放水时形成的漩涡，只不过这个宇宙级的漩涡，是由超高密度的等离子体组成的，温度高达上千亿度。
就在这个混乱的漩涡里，奇迹发生了。
吸积盘内部的剧烈湍流，就像一个效率惊人的“宇宙发电机”。物理学上，这被称为“发电机机制”（dynamo mechanism）。它将原本混乱的磁场，在极短时间内梳理并指数级地放大，形成了两束沿著黑洞自转轴方向的、极其强大的、高度集中的磁场束。
最终，在模拟进行到大约1.3秒时，在这束强大磁场的驱动下，两道携带着巨大能量的物质流——也就是我们寻找的“喷流”（Jet），从黑洞的两极猛然喷薄而出！其威力之大，亮度可达 10^49尔格/秒。
这，就是伽马射线暴的“引擎”！
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一块关键的拼图
“这是首次，”林航大激动地表示，“我们发现，即使是那种合并后立刻坍缩成黑洞的中子星系统，也能驱动强大的喷流。”
这项研究的意义非同凡响。它清晰地展示了一条完整的因果链：两颗中子星合并 → 立即形成黑洞和吸积盘 → 吸积盘中的“发电机”放大磁场 → 强大的磁场驱动喷流 → 喷流产生伽马射线暴。
它就像一块缺失已久的关键拼图，完美地连接了中子星合并的理论模型和伽马射线暴的观测事实。我们终于“亲眼”见证了宇宙中最强大烟火的点燃过程。
当然，科学的探索永无止境。这次模拟中的喷流速度，还没有达到伽马射线暴观测所暗示的超过99.9%光速。喷流是如何被进一步加速到如此极致的？这将是科学家下一部“宇宙大片”的主题。
所以，夜空的宁静，或许只是距离为我们保留的温柔。就在我们看不见的宇宙深处，此时此刻，可能正有两颗垂死的星辰上演着最后的死亡之舞，它们的坍缩与重生，正准备点燃一束横跨星系的璀璨烟火。我们虽无法亲眼见证这创世般的场景，却已能凭借智慧在数字世界中洞悉其全部的秘密。这便是科学的魅力：它让人类——这些宇宙中渺小的思想者——也能为那亿万光年外最壮丽的诗篇，写下精准而深刻的注脚。
图源：Kota Hayashi / Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)
信源：Kota Hayashi et al, Jet from Binary Neutron Star Merger with Prompt Black Hole Formation, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.211407
这就是“伽马射线暴”（Gamma-ray Burst），宇宙中最极端、最明亮的爆炸事件。
长久以来，天文学家就像是宇宙悬案的侦探，一直在追问：究竟是什么样的“怪兽”，才能点燃这束毁天灭地的“上帝之光”？
现在，一群来自日本和德国的科学家，似乎找到了其中一个关键案犯。但他们用的不是望远镜，而是一台“宇宙模拟器”——借助当今世界上最强大的超级计算机之一，他们成功“导演”了一出完整的宇宙大戏，为我们揭开了谜底的一角。
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死亡之舞的主角：中子星
要理解这场大戏，我们得先认识一下主角——中子星。
想象一颗比太阳重得多的巨大恒星，在它生命的最后阶段，燃料耗尽，无法再抵抗自身引力的重压，最终发生剧烈的超新星爆炸。爆炸后，恒星的核心被极致压缩，所有的电子都被压入了质子，变成了中子。最终剩下的，就是一颗中子星。
它有多极端？这么说吧，一颗中子星的直径只有20公里左右，大概相当于一座城市的大小，但它的质量却比整个太阳还要大。一小勺中子星物质，就重达数十亿吨。它就像一个被压缩到极致的、城市大小的原子核，是宇宙中密度仅次于黑洞的物体。
当这样两颗极端致密的天体在引力的作用下相互环绕，它们就像是跳着一曲华丽的死亡之舞，不断靠近，最终以接近光速的速度猛烈相撞。科学家早就怀疑，这种被称为“双中子星合并”的事件，正是短伽马射线暴的来源之一。但怀疑归怀疑，从碰撞到爆发出那道惊天光束，中间到底发生了什么？这其中的“作案细节”一直笼罩在迷雾中。
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史上最长“宇宙电影”开拍
为了看清这些细节，由日本物理学家林航大（Kota Hayashi）领导的团队决定另辟蹊径：既然看不清，那我们就在计算机里“创造”一个！
他们动用了日本的超级计算机“富岳”（Fugaku），这是一台计算能力顶尖的国之重器。研究团队构建了一个前所未有的复杂模型，将解开宇宙奥秘所需的所有关键物理规律都“写”了进去。这其中包括：
▶ 爱因斯坦的广义相对论，用来描述极端引力。
▶ 磁流体力学（Magnetohydrodynamics, MHD），用来描绘等离子体和磁场的相互作用。你可以把它想象成研究宇宙中“带电的流体”如何运动的物理学。
▶ 还有复杂的中微子辐射和物质状态方程，它们决定了在这种极端环境下物质会如何表现。
准备工作就绪后，他们“按下播放键”，开始了一场长达1.5秒（这是真实世界的时间，对于这种模拟来说已经长得惊人）的宇宙事件重演。这是迄今为止对这类事件进行的最长的模拟，足以让我们看清整个“作案过程”。
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从坍缩到喷发：真相大白的瞬间
模拟开始。两颗质量略有差异的中子星（一颗1.25倍太阳质量，另一颗1.65倍）在引力波的涟漪中疾速螺旋，最终撞在一起。
然而，合并后的新天体并没有稳定下来。它变成了一个极度不稳定、短命的“超大质量中子星”。仅仅几毫秒后，震撼的一幕发生了——它没能撑住，瞬间向内坍缩，形成了一个全新的黑洞。
故事到这里远未结束。黑洞诞生后，周围并没有归于平静。那些在碰撞中被撕碎的中子星物质，没来得及掉入黑洞，而在其周围形成了一个高速旋转的、炽热的“吸积盘”（Accretion Disk）。这就像浴缸放水时形成的漩涡，只不过这个宇宙级的漩涡，是由超高密度的等离子体组成的，温度高达上千亿度。
就在这个混乱的漩涡里，奇迹发生了。
吸积盘内部的剧烈湍流，就像一个效率惊人的“宇宙发电机”。物理学上，这被称为“发电机机制”（dynamo mechanism）。它将原本混乱的磁场，在极短时间内梳理并指数级地放大，形成了两束沿著黑洞自转轴方向的、极其强大的、高度集中的磁场束。
最终，在模拟进行到大约1.3秒时，在这束强大磁场的驱动下，两道携带着巨大能量的物质流——也就是我们寻找的“喷流”（Jet），从黑洞的两极猛然喷薄而出！其威力之大，亮度可达 10^49尔格/秒。
这，就是伽马射线暴的“引擎”！
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一块关键的拼图
“这是首次，”林航大激动地表示，“我们发现，即使是那种合并后立刻坍缩成黑洞的中子星系统，也能驱动强大的喷流。”
这项研究的意义非同凡响。它清晰地展示了一条完整的因果链：两颗中子星合并 → 立即形成黑洞和吸积盘 → 吸积盘中的“发电机”放大磁场 → 强大的磁场驱动喷流 → 喷流产生伽马射线暴。
它就像一块缺失已久的关键拼图，完美地连接了中子星合并的理论模型和伽马射线暴的观测事实。我们终于“亲眼”见证了宇宙中最强大烟火的点燃过程。
当然，科学的探索永无止境。这次模拟中的喷流速度，还没有达到伽马射线暴观测所暗示的超过99.9%光速。喷流是如何被进一步加速到如此极致的？这将是科学家下一部“宇宙大片”的主题。
所以，夜空的宁静，或许只是距离为我们保留的温柔。就在我们看不见的宇宙深处，此时此刻，可能正有两颗垂死的星辰上演着最后的死亡之舞，它们的坍缩与重生，正准备点燃一束横跨星系的璀璨烟火。我们虽无法亲眼见证这创世般的场景，却已能凭借智慧在数字世界中洞悉其全部的秘密。这便是科学的魅力：它让人类——这些宇宙中渺小的思想者——也能为那亿万光年外最壮丽的诗篇，写下精准而深刻的注脚。
图源：Kota Hayashi / Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)
信源：Kota Hayashi et al, Jet from Binary Neutron Star Merger with Prompt Black Hole Formation, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.211407
