一眨眼的功夫，一颗距离地球20亿光年的大质量恒星就失去了与地心引力的斗争，并崩塌了，引发了一颗超新星，并在其中心形成了一个黑洞。
这个新生的黑洞喷出了一种短暂而令人惊讶的伽马射线，它被称为伽马射线暴(GRB)，它是在2016年12月19日由美国国家航空航天局(NASA)的Neil Gehrels Swift天文台探测到的。
7秒后，爆炸产生的伽马射线从视野中消失，而爆炸产生的波长较长的光——包括x射线、可见光和无线电——持续了数周。这使得天文学家能够利用许多地面观测站，包括国家科学基金会的超大阵列，研究这一被称为GRB 161219B的充满活力的惊人事件的后果。
然而，阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的独特能力，使天文学家得以对这一毫米波长的爆炸进行扩展研究，对这一特殊的伽马射线爆及其强大喷流的大小和组成有了新的见解。
“既然阿尔玛在毫米级波长的光,飞机之间的信息交互与周围的尘埃和气体,它是一个强大的探测这些暴力宇宙爆炸,”拉斯卡尔Tanmoy说,伯克利的加利福尼亚大学的天文学家和一个央斯基国家射电天文台的博士后。拉斯卡尔是这项研究的主要作者，该研究发表在《天体物理学杂志》上。
这些观测使天文学家们得以制作阿尔玛的第一部关于宇宙爆炸的延时电影，这部电影揭示了爆炸产生的一种令人惊讶而持久的反向冲击波。在我们目前对GRBs的理解中，我们通常会期望一个反向冲击只持续几秒钟。这个持续了一整天。”拉斯卡尔说。
当物质从GRB喷出时，其喷射流进入周围的气体，就会发生反向冲击。这次相遇会减慢逃跑的材料，使冲击波向后喷射。
由于预计喷气机的持续时间不会超过几秒钟，反向冲击也应该是同样短暂的事件。但现在看来并非如此。
几十年来，天文学家们一直认为，这种反向冲击会产生一道明亮的可见光，尽管进行了仔细的搜索，但迄今为止还很难找到它。我们的母校的观测表明，我们可能在错误的地方寻找，而毫米的观测是我们捕捉宇宙烟火的最大希望。
相反，反向激波发出的光在大约一天的时间尺度上，以毫米波长发出的光最为明亮，这很可能就是为什么以前很难探测到它的原因。虽然早期的毫米波是由反向冲击产生的，但是x射线和可见光来自于喷气式飞机前的冲击波。
“这一事件的独特之处在于，”拉斯卡尔补充道，“当反向激波进入射流时，它会缓慢而持续地将射流的能量转移到向前移动的冲击波中，导致x射线和可见光的衰减速度远低于预期。”天文学家一直困惑于爆炸波中的额外能量来自哪里。多亏了阿尔玛，我们知道这种能量——在GRB 161219B中高达85%——隐藏在飞机内部的缓慢运动的物质中。
明亮的反向冲击辐射在一周内就消失了。然后，冲击波以毫米波段照射进来，给阿尔玛一个机会去研究喷气机的几何形状。
爆炸波发出的可见光在这一关键时刻被爆发的恒星形成的超新星所掩盖，当时的气流速度刚刚慢到足以让所有的喷流在地球上都能看到。但是阿尔玛的观测，没有被超新星的光线所阻碍，使得天文学家们能够将射流的开口角限制在13度左右。
了解恒星流出的形状和持续时间对于确定爆发的真正能量是至关重要的。在这种情况下，天文学家发现这些喷流所包含的能量相当于我们的太阳在10亿年内所释放的能量。
“这是一种神奇的能量，但它实际上是我们所见过的最不积极的事情之一。”哈佛大学研究生凯特·亚历山大是VLA观察报告的负责人。“尽管超过20亿光年，这个GRB实际上是最近的这类事件，我们已经测量了流出的详细性质，这要感谢ALMA和VLA的联合力量。”
VLA以更长的波长观测，在阿尔玛的视野中消失后，继续观察反向激波发出的无线电信号。
研究人员指出，这仅仅是第四次有令人信服的多频反向激波探测的伽马暴。坍缩恒星周围的物质密度大约是银河系平均气体密度的3000倍，而这些新的阿尔玛观测表明，这种低密度的环境对于产生逆激波发射是必不可少的，这也许可以解释为什么这样的信号如此罕见。
拉斯卡尔总结道:“我们的快速反应观测结果突出了阿尔玛在跟踪瞬变物、揭示给它们提供动力的能量来源以及利用它们将宇宙物理学映射到第一颗恒星的黎明上所能发挥的关键作用。”“特别是，我们的研究表明阿尔玛的超灵敏度和新的快速反应能力使它成为唯一能够常规检测反向冲击的设备，使我们能够探究这些高能瞬变流中的相对论性喷流的性质，以及发射和供给它们的发动机。”
网友评论