於超相對論性噴流周圍
首次偵測到繭狀震波結構
(中央研究院天文及天文物理研究所成果發表，上網時間：2020年3月4日)
由中央大學天文所碩士陳韋儒、浦田裕次助理教授、中研院天文所淺田圭一副研究員等人組成的研究團隊，在「伽瑪射線爆事件GRB 160623A」中，首次以觀測資料確認了理論學者預測伽瑪射線爆發中伴隨的「繭狀結構性噴流(shocked cocoon jet)」。
伽瑪射線爆是宇宙中最大能量爆發，依持續時間分為長伽瑪射線爆（源自大質量恆星死亡）及短伽瑪射線爆（源自緻密天體合併）。爆炸產生時，能量集中在兩極以噴流的形式將能量往外傳遞。礙於有限的觀測資料，天文學者僅測量到典型長伽瑪射線爆中噴流張角約3.5度。噴流是天文現象中常見的能量傳遞方式，常與磁場有關。剛出生的恆星、中心有大質量黑洞的活躍星系核(AGN)和伽瑪射線爆都出現雙極的噴流現象。因此剖析噴流結構是當代天文學極其重要的研究目標。
伽瑪射線爆被視為天文爆發現象，帶有相對論性且極度匯聚之噴流。活躍星系核(AGN)其噴流張角為1.5度，與伽瑪射線爆同等量級，天文學者可以透過研究多數的活躍星系核解析其噴流的構造。然而伽瑪射線爆現象短暫，餘輝消失後就無法再進行觀測，因此要直接從觀測伽瑪射線爆之噴流解析其結構困難度極高，需要從不同波段監測來自伽瑪射線爆的訊號進行分析。
本研究聯合了次毫米波陣列望遠鏡(SMA)、美國NASA以及日本JAXA的高能衛星望遠鏡多波段監測觀察，得出了GRB160623A有雙重噴流結構。
伽瑪射線爆噴流的想像圖
圖像版權：中央大學天文所/浦田 裕次
陳韋儒表示：『我們的電波餘輝資料與典型同步輻射理論模型的預測結果相符，進一步估算約有27度的噴流張角，然而這個值卻超過此理論模型預估的最大張角值。』陳韋儒進一步解釋：『為了確認噴流張角，我們分析了X射線的觀測資料，X射線資料卻顯示噴流張角小於6度，說明了GRB160623A有雙噴流結構。』 陳韋儒於2019年7月取得中央大學天文所碩士學位，畢業論文指導教授為浦田 裕次教授。本次發表在《天文物理期刊通訊》的研究成果，是來自陳韋儒的碩士畢業論文。
典型同步輻射理論是以單一噴流的伽瑪射線爆為基礎，而GRB160623A卻是雙噴流結構，暗示伽瑪射線爆噴流結構應該更複雜。團隊最後採用繭狀結構性噴流解釋GRB160623A的雙噴流表現。繭狀結構噴流的理論認為伽瑪射線爆噴流發生時，噴流外圍容易與周圍星際物質混合，再一次捲入噴流中，而造成外圍噴流有繭狀結構的分佈，而產生較大的張角。理論預測繭狀結構噴流的張角約為30度，與觀測值相符。因此GRB160623A的X射線噴流為典型伽瑪射線爆產生的小張角相對性噴流。而電波的較大噴流張角則為噴流與周圍物質混合產生的繭狀結構所造成。
中央大學天文所助理教授浦田裕次表示：『其實GRB160623A並不是第一次觀察到的雙噴流結構。有超新星伴隨的伽瑪射線爆 GRB030329也觀察到雙噴流結構，其X射線噴張角為5度，而電波張角為17度。但顯然，GRB160623A的張角大許多，是第一個符合繭狀結構性噴流的觀測例子。這暗示電波資料掌握著確認繭狀結構噴流的重要訊息。』
中央研究院天文及天文物理研究所副研究員淺田圭一強調：『此次研究成果為首次直接觀測到繭狀結構性噴流的存在，證實了理論模型的預測結果。繭狀結構性噴流可能普遍存在於各種擁有噴流的天體中，包含伽瑪射線爆、活躍星系核，並將改寫被大眾廣為認知的單噴流印象。未來格陵蘭望遠鏡的觀測將有機會增加此類噴流的研究價值』
噴流的結構以及伴隨不同視角之各種相對論性瞬變事件的統合，對於多元訊息天文學來說是極端重要的。雖然短伽瑪射線爆的結構性噴流仍然無法被觀測證實，許多理論模型嘗試使用短伽瑪射線爆在偏離軸角度上及其結構來解釋雙中子星併合事件GRB170817，及其可能對應的重力波事件GW170817。因此，此次的成果將能幫助我們研究多元訊息天文學。
名詞解說：
1.伽瑪射線爆：
「伽瑪射線」是電磁波譜中能量最高、波長最短的輻射。「伽馬射線爆」特徵是短而強烈，為宇宙中釋放極高能量的爆炸事件，近年來被視為揭露第一代恆星及重力波事件的工具。目前，在宇宙早期「再電離時期」的伽瑪射線爆，以及伴隨重力波事件的短伽瑪射線爆，皆已實際觀測到了。
2.多元訊息天文學：
多元訊息天文學是，基於各種不同的「訊息」（messenger），在天文觀測和理論解釋間相互協作的一種天文研究方式。目前，這些「訊號」（signals）包含了：電磁輻射、微中子、宇宙射線以及重力波。
本項研究結果已於2020年3月2 日在Astrophysical Journal Letters 發表。篇名：Two Component Jets of GRB160623A as Shocked Jet cocoon afterglow
論文作者為：Wei Ju Chen (NCU), Yuji Urata (NCU), Kuiyun Huang(CYCU), Satoko Takahashi(JAO/NAOJ/SOKENDAI), Glen Petitpas (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), and Keiichi Asada (ASIAA)
中央研究院天文及天文物理研究所科學成果發表： https://www.asiaa.sinica.edu.tw/news/sciencehighlight.php
撰稿：陳韋儒
審校：黃麗錦博士、周美吟博士
網頁編輯：黃珞文