伽马射线暴

伽马射线暴（Gamma-ray Burst, 缩写GRB），又称伽马暴，是来自天空中某一方向的伽马射线强度在短时间内突然增强，随后又迅速减弱的现象，持续时间在0.1-1000秒，辐射主要集中在0.1-100 MeV的能段。是冷战期间由美国间谍卫星1967年进行核爆炸监测时发现的。伽玛暴是天文学中最活跃的研究领域之一，曾在1997年、1999、2003和2005年四度被美国《科学》杂志评为年度十大科技进展之列。^{[3][1][4][2][5]}

初始伽玛射线闪光之后，通常会以更长的波长（X 射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电）发出持续时间更久的“余辉”。^[6]

伽马射线暴的来源星系都在数十亿光年之遥，意味着此类爆炸事件的能量极高（爆炸在几秒钟内所释放的能量就足以超过太阳在其百亿年生命中所释放的能量总和），也极为罕见。人类在历史上所观测到的伽马射线暴都源于银河系以外，不过有一种类似的称为软伽马射线重复爆发源的爆发现象，则是来自于银河系内的磁星。^[7][8][2]

1967年，原本设计用于探测秘密核武器试验的帆船号卫星首次探测到伽马射线暴。科学家在1973年发表此发现。学者们纷纷提出各种理论模型，试图解释这种爆发现象，如彗星互相碰撞或中子星互相碰撞等等。在其后的二十多年间，由于观测数据的匮乏，没有一个取得公认的模型。直到1997年，天文学家在探测到伽马射线暴的同时，也观测到了紧随的X光和可见光余辉。利用光谱学分析可见光余辉的红移，就可推算爆发来源的距离和总能量。再结合对星系和超新星的研究后，能准确测量伽马射线暴的确切距离和光度，并且断定此类事件的确源于遥远的星系。^[4][9]

20世纪60年代，美国发射了船帆座卫星（Vela 卫星），卫星上安装有监测伽马射线的仪器设备，用于监视苏联进行核实验时所产生的大量伽马射线。1967年，这颗卫星发现来自宇宙时空的伽马射线突然增强随即又快速减弱的现象，每天大约可以观测到一到两次，总强度可以超过全天伽马射线的总和，而且不是来自地球方向，而是宇宙时空。由于当时保密的原因，关于伽马射线暴的首批观测资料直到1973年才公开发表，同时很快得到了苏联Konus卫星的证实。^[4]

从 1991 年，康普顿伽玛射线天文台 (CGRO) 及其极度灵敏的伽马射线探测器爆发和瞬态源探测器 (BATSE) 仪器提供了数据，显示伽马射线暴分布是各向同性的：不倾向于太空中的任何特定方向。如果源于银河系，它们将强烈集中在银河平面中或附近。而伽马射线暴的情况下不存在任何此类模式，证明了伽马射线暴一定来自银河系之外。但是，一些银河系模型仍然与各向同性分布相一致。^[10]

1997年，意大利－荷兰的X射线卫星BeppoSAX首次对伽马暴作出了成功的精确定位，并与地面和空间望远镜配合发现了伽马射线在短暂辐射后，甚至还可能有长达数天、数星期的X射线余辉和/或数天甚至数月或数年的光学甚至射电余辉，伽马射线暴余辉的发现成为当年世界十大科技成就之一。余辉的发现为伽马暴的深入研究提供了极大的方便，特别是很快测出了一些伽马暴的红移，进而首次直接确认伽马暴是在遥远的宇宙学距离上，离地球有几十亿光年甚至更远。因此，伽马暴释放的能量非常巨大，在几秒或几十秒钟内放出的能量竟可比太阳上百亿年放出的能量还要大很多，它应当是宇宙间最猛烈的爆发事件。此后，这个领域获得了飞速发展，很快形成了一个标准模型：伽马暴被认为产生于一个以极端相对论速度（-0.9999光速）膨胀的火球。火球内部不同膨胀速度的各层气壳相互碰撞产生内激波会致伽马暴，火球继续膨胀并与星际介质碰撞会产生外激波而导致余辉。这个模型是在一些简化假设的基础上建立起来的，能较好地解释观测特征，被称为伽马暴和余辉的标准模型。^[9]

1998年，南京伽马暴团队就发现，伽马暴“GRB970616”的X射线余辉能谱与标准模型不符，为了符合观测事实，要求伽马暴的环境不是均匀的星际介质，而应是密度与距离平方成反比的星风环境。随后，GRB980326、GRB980519、GRB991208、GRB000301C、GRB040106、GRB081109A等伽马暴周边也被观测到星风环境，这种环境正是前身星的星风造成的。也就是说，南京伽马暴团队的研究工作证实原来建立的标准模型是不正确的。他们指出，这些伽马暴应当起源于大质量恒星的塌缩，与距离平方成反比的介质正是由伽马暴前身的大质量恒星放出的星风形成的。这一发现引起了整个天体物理界的震动，南京伽马暴团队原创的起源观点后来得到了R.A.Chevalier等人的进一步发展，星风模型成为主流模型，研究结果一次次地被国际上的重要论文引用。1998年4月25日发现的伽马暴GRB980425似乎与超新星SN1998bw成协，但这个伽马暴和超新星不是很典型。^[9]

1999年1月23日，BeppoSAX卫星观测到一个极强的伽马暴GRB990123，其光学余辉的光变曲线上出现了一个突变（拐折），即在暴后约2天在光变的对数图上斜率从-1.1变陡而成为-1.8。J.Rhoads、S.R流的侧向膨胀等因素会加快衰减而导致拐折。南京伽马暴团队曾首次指出，相对论性膨胀转向非相对论性膨胀也会导致这种突变。如果环境是致密介质，膨胀在密度高的介质中进行就会加快减速到非相对论，使在暴后较短时间（比如2天）就出现这种拐折。喷流机制和致密介质已成为拐折的两种常用解释。很可能一些伽马暴的拐折是因为喷流，而另一些则因为致密介质。^[9]

2000 年后出现了新的进展，包括确认短伽玛射线暴是一种单独的类型（可能来自合并中的中子星，且与超新星无关）、发现大多数伽玛射线暴后持续数分钟的扩展、不规则的耀斑活动 X 射线波长以及发现最亮（GRB 080319B）和宇宙中最遥远的（GRB 090423）物体。最遥远的已知伽玛射线暴 GRB 090429B 现在是宇宙中最遥远的已知物体。^[11]

2001年，JJM.IntZand等指出，观测到的伽马暴GRB010222不能用喷流机制来解释，却能很好地用致密介质机制来解释。星风环境和致密环境，都是重要的后标准效应。前者反映了前身星的性质，后者可能与星云、恒星形成区有关，两者均清晰表明伽马暴起源于大质量恒星的塌缩。直到2003年3月29日发现了非常典型的伽马暴GRB030329与非常典型的超新星SN2003dh成协，伽马暴起源于大质量恒星的塌缩终于得到了确认和证实。^[9]

在 2018 年 10 月中，天文学家报告称，GRB 150101B和 GW170817，在 2017 年探测到的引力波事件可能由相同的机制产生——两颗中子星的合并。在伽马射线、光学和X 射线发射以及关联的主星系的性质方面，这两个事件间的相似度“惊人”，研究者们认为，这两个独立事件都可能是两颗中子星合并的结果，也都可能是一个千新星，根据研究者们的说法，千新星可能比以前理解的还要常见。^[12]

2019年11月，天文学家报告了一次著名的伽马射线暴，命名为GRB 190114C，该伽马暴最初于2019年1月被发现，产生了约 1 Tev的巨大能量。^[13]

北京时间2023年3 月29 日凌晨2 点，中国科学院高能物理研究所在北京与全球40 余家科研机构联合发布了对迄今最亮伽马射线暴GRB 221009A 的研究成果。中国科学院高能物理研究所研究员熊少林表示：“我们最重要的发现是通过‘极目’卫星，我们发现它是打破了伽马射线暴亮度纪录，它比以往人类看到的任何伽马射线暴，还要亮50 倍。”^[14]

伽玛射线暴的名字由爆发源的位置或发现的日期确定。如果能确定爆发源的位置，就按照爆发源的位置命名，如GRB0526-66，这里GRB表示伽玛射线暴，0526 表示爆发源的赤经是5时26分， -66表示爆发源的赤纬是负66度（如果赤纬是 “ 正 ” 的， 则将 “ - ” 改成 “ + ” ）； 爆发源位置未确定的， 就按照发现日期命名， 如GRB790305h，这里79 表示1979年，03表示3月，05表示5日，b表示这一天发现的第二个伽玛射线暴， 如果b换成c， 则表示这一天发现的第三个伽玛射线暴， 以此类推。 在这个例子中， GRB 0526-66与 GRB 790305b实际上是同一个伽玛射线暴， 它出现在1979年3月5日，发生在赤经5时26分、 赤纬为 -66 度的位置。^[15]

伽马射线在距离地球数十亿光年远的地方闪闪发光，它的产生可能与遥远星系的大爆炸有关，伽马射线照射到地球所持续的时间在几毫秒至几分钟不等。到了末期，伽马射线会发生爆炸，释放出的能量可能比太阳在其整个生命周期释放的能量还要多。由于它们释放的能量巨大，伽马射线暴被认为出自超新星爆炸事件，即是在大质量恒星爆炸中形成中子星或黑洞时产生的。^[2]

到目前为止检测到的所有伽马射线暴都处于银河系以外，这对我们来说是幸运的。因为如果在我们星系内存在伽马射线暴的话，它的爆炸释放的电磁能足够消灭地球上所有的生命。但目前还没有将伽马射线暴的产生与某一超新星爆炸联系起来，人类还不能解释伽马射线产生的机制。^[2]

伽马射线暴的光变曲线种类繁多，而且每一次爆发的光变曲线都是独一无二的。爆发时长短至数毫秒，长至数十分钟。曲线可以有一个高峰，也可以由多个小脉冲所组成。有的脉冲形状对称，有的则上坡快，下坡慢。有的爆发事件之前会出现伽马射线暴前体，也就是先发生一次弱爆发，接着几秒钟至几分钟内毫无动静，然后在发生真正的强烈伽马射线暴。有些光变曲线曲折复杂，似乎毫无规律可言。^[16][17][18]

尽管科学家能够利用某些简化的模型推导出大约类似的光变曲线，但在曲线为何如此复杂多变的问题上却没有太大的进展。尽管可以使用某些简化模型大致再现一些光变曲线，但在理解已观测到的全部多样性方面几乎没有取得进展。已经提出了很多分类方案，但这些方案通常仅基于光变曲线外观中的差异，可能无法始终反映出爆炸祖先中实际的物理差异。然而，大量伽马射线暴的观测持续时间分布图显示出明显的双峰，这表明存在两个独立的群体：“短”群体，平均持续时间约为 0.3 秒，和“长”群体，平均持续时间约为 30 秒。这两种分布都非常广泛，存在很大的重叠区域，在该区域中无法仅通过持续时间来明确给定事件的身份。已经在观测和理论的基础上提出了超出这种两层系统的其他类别。^[19][20][21]

伽马射线暴中有七成属于长伽马射线暴，即爆发时长超过2秒者。此类爆发持续时间之长、余辉之强，有助于详细观测，所以相比短爆发来说，科学家对长爆发了解得更加深入。几乎每一个经过详细分析的长伽马射线暴都源自于正在快速生成恒星的星系，甚至有的能追溯至核坍tān缩超新星。因此，可以断定长爆发的来源是死亡过程中的大质量恒星。科学家在分析高红移长伽马射线暴的余辉之后，也发现此类爆发源自于恒星形成的区域。^[22][23][24]

持续时间不足两秒的事件被归类为短伽马射线暴。这类事件约占伽马射线暴的 30%，但直到 2005 年，任何短事件都未成功地探测到余辉，对其起源知之甚少。从那时起，已探测并定位了几十次短伽马射线暴余辉，其中有几次与恒星形成少或没有恒星形成的区域相关，例如大型椭圆星系。这排除了与大质量恒星的联系，证实了短事件在物理上不同于长事件。此外，没有与超新星的联系。科学家最初推测，短爆发是两颗中子星相互碰撞[或一颗中子星与一个黑洞相撞的结果。此类碰撞所产生的爆发星体称为千新星。天文学家在GRB 130603B爆发期间也观测到了一颗有所关联千新星。由于狭义相对论讯息不可超越光速传递的原理，短爆发之短又意味着爆发源天体的体型必定是小的。爆发时长为0.2秒，即爆发源的直径不超过0.2光秒（约6万公里，地球直径之四倍）。中子星在2秒以内落入黑洞并发出伽马射线之后，其环绕黑洞公转的剩余物质（将不再是中子物质）将在数分钟至数小时内逐渐堕入黑洞，并发出X光。这能够解释天文学家所观测到的X光余辉。^[22][25][26]

一部分短伽马射线暴可能来自邻近星系中的软伽马射线重复爆发源的大型耀斑。^[27]

2017年，科学家探测到引力波事件GW170817，并且在仅仅1.7秒之后又探测到短伽马射线暴GRB 170817A。在详细分析后，科学家确定此次事件来自两颗中子星碰撞所产生的千新星。^[28]

超长伽马射线暴指的是位于时长分布最尾端的长伽马射线暴，其持续时间超过若干个小时。有人提出将它们形成一个单独的类别，由蓝色超巨星的坍缩、潮汐破坏事件或新生磁星引起。迄今为止仅发现少量此类事件，其主要特征是伽马射线发射持续时间。研究最多的超长时间事件包括 GRB 101225A 和 GRB 111209A。低检测率可能是当前探测器对长时间事件的灵敏度低造成的，而不是反映了它们的真实频率。另一方面，一项 2013 年的研究表明，现有证据不足以证明存在一个具有新类型前体的独立超长 GRB 群体，需要进一步的多波段观测才能得出更确定的结论。^[29][30]

伽马射线暴来源的模型假设暴的抛射物与星际气体碰撞会产生较长波的缓慢衰减辐射——余辉（afterglow）。1997年，BeppoSAX卫星探测到伽马射线暴GRB970228的衰减X射线余辉；20h后，赫歇耳望远镜证认出其衰减的光学对应体是遥远的宿主星系。BeppoSAX卫星还发现GRB970508的光谱红移Z=0.835，因而证明伽马射线暴发生在极远的星系。次年发现的GRB980425与超新星SN1998bw有关联，这表明伽马射线暴与大质量恒星死亡的关系，成为伽马射线暴来源的有力线索。加载专用仪器探测射线暴的还有康普顿伽马射线天文台和HETE-2、Swift及Fermi飞船。^[29]

伽玛暴的X射线余辉的光变曲线：X 射线余辉的一个特征是其光变曲线通常可以分为4个阶段：（1）早期紧随暴之后的快速下降阶段，时间菲律指数可达-3 以下；（2）紧接着慢下降，时间指数约为-0.5；（3）然后是时间指数为-1.2 的衰减，（4）再然后可能拐折到-2 的下降，具体见下图。^[31]

伽马暴的X射线耀发：X 射线耀发和鼓包的特点包括Swift暴中，50%的X 射线余辉具有X 射线耀发；对不同的暴，出现的耀发次数不定，耀发时标远小于二余辉时标，且每个脉冲的宽度随出现的时间变晚而变宽；短暴中X 射线耀发出现在约100s后；一次X 射线耀发总能量与瞬时伽马暴辐射能的比值为0 .1 ~1，但是也有例外，如GRB050502B；Swift 暴中60% 的X 射线余辉中观测到X 射线鼓包，X 射线耀发和X 射线鼓包是负相关的。^[31]

虽然伽马射线暴源极其遥远（几十亿光年），但观测到的伽马射线暴很亮。长伽马射线暴的热辐射能流（主要在伽马射线）可与银河系（几十光年远）的亮星辐射流匹敌。例如，75亿光年远的光学对应体GRB080319B的视星等为5.8，说明其能原极强，辐射本领（光度）极高。^[29]

导致伽马射线暴在这么短时间产生巨大能量的原因还不完全清楚。目前认为，射线暴是一种高度集中的爆炸，爆炸能量大多集中于窄喷流，可以由观测的余辉光变曲线“喷流破裂”来估计喷流的角宽度。其后时间内，缓慢衰减的余辉开始随喷流快速衰退，不再有效地展现其辐射。喷流角度的显著变化在2°～20°范围内。由于它们的能量在空间高度集中，大多伽马射线暴发射的伽马射线如果不指向地球，就不能被探测到。但当伽马射线指向地球时，沿窄束集中的发射就显得特别亮。典型的伽马射线暴释放出的能量约1044J，与亮的Ib/c型超新星相当。短伽马射线暴离我们较近，但能量可能不完全集中。^[29]

GRB041219A 是Swift 观测到的第一个具有光学辐射的暴，它具有超长的持续时间和与暴同时的光学辐射，而且它也是很少几个观测到暴阶段的光学辐射的暴之一。^[31]

大约95%的暴可以观测到X 射线余辉，但是只有大约一半的Swift暴中观测到光学余辉。根据光变曲线的形状将光学余辉分为4种类型：快速上升的早峰，慢上升的晚峰，平高原和首次测量后的迅速衰减。还有大约一半的暴没有观测到光学余辉，这些暴被称为暗暴。一般来说，在一个大质量星的生命中，会形成一个星风泡沫环境，微观激波参数会随着火球的演化而改变，那么在风泡沫环境的基础上，改变微观激波参数可以解释这些反常的光学辐射。^[31]

短暴由于发生时标短，衰减很快，必须观测仪器响应也快，才有可能看到短暴的余辉，短暴的精确定位使得对短暴宿主星系的探测成为可能，虽然目前对宿主星系的观测数目仍然比较少，但是对余辉和宿主星系的观测比较确定地排除了短暴的塌缩星模型和磁星模型等，短暴极有可能由双致密星的并合产生。在已有的样本中，既有恒星形成星系也有椭圆星系，其中与椭圆星系成协这一点表明至少有一些短暴的前身星与老年星族有关，支持了短暴起源于双致密星并合的观点。更多数据的积累将有助于统计短暴的红移、宿主星系、短暴在宿主星系中的位置，从而更好地确定短暴的起源。^[31]

2011年3月28日，尼尔·格雷尔斯雨燕天文台探测到GRB110328A，发现了新一类伽马射线暴。此次事件的伽马射线放射时长为2天，比长伽马射线暴都要长得多，而且它在X光波段的放射持续了许多个月。爆发来源于红移z = 0.35（即距离约45亿光年）的一个小型椭圆星系。爆发究竟是星体坍缩还是带相对论性喷射的潮汐瓦解所致，在学界仍有争议。^[32]

此类伽马射线暴的原理是，恒星运行至特大质量黑洞附近，被黑洞撕裂，在某些情况下会产生有强烈伽马射线辐射的相对论性喷射。科学家最早提出，GRB 110328A（亦称雨燕J1644+57）是一颗主序星和质量为太阳的数百万倍的黑洞互动的结果；后来又有科学家认为，这更可能是一颗白矮星被质量为太阳数万倍的黑洞瓦解的结果。^[32][33]

大部分伽马射线暴源离地球遥远，因此很难判断是哪一种天体发生爆发的。某些长伽马射线暴和超新星相关，其来源星系也是活跃的恒星生成区，这都意味着长伽马射线暴与大质量恒星密切相关。最广为接受的坍缩星模型主张，当质量极大、金属量低、高速自转的恒星在演化生命晚期，星核坍缩成为黑洞时，会发生长伽马射线暴。星核附近的物质往中心下降，形成漩涡状的高密度吸积盘，并沿旋转轴喷出两束相反的相对论性喷射，喷流冲破恒星外层，辐射出伽马射线。也有其他模型主张恒星坍缩形成的是磁星而不是黑洞，其余生成过程基本不变。^[34][35]

在银河系里，沃尔夫–拉叶星和此类恒星最为相似。沃尔夫–拉叶星温度极高、质量极高，其氢外层几乎已散失殆dài尽。从这一角度来看，海山二、阿佩普、WR 104都有在未来发生伽马射线暴的可能性。[94]不过，科学家不能确定银河系恒星是否具备发生伽马射线暴的所有必要特征。^[36]

在1997年12月14日发生的伽马射线暴，它距离地球远达120亿光年，所释放的能量比超新星爆发还要大几百倍，在50秒内所释放出伽马射线能量就相当于整个银河系200年的总辐射能量。这个伽马射线暴在一两秒内，其亮度与除它以外的整个宇宙一样明亮。在它附近的几百千米范围内，再现了宇宙大爆炸后千分之一秒时的高温高密情形。^[37]

1999年1月23日发生的伽马射线暴比1997年发生的更加猛烈，它所放出的能量是1997年那次的10倍。^[37]

美国宇航局研究显示，地球曾被50万光年之遥的大型耀斑瞬间照射，这种强大的能量脉冲束照亮了地球大气层。这一脉冲束来自银河系对面的一颗中子星。中子星也被称为“软伽马射线中继器”，通常喷射低能量的伽马射线，但有时其磁场重新排列时会释放出巨大的能量束。这种能量束可穿越太空，导致大量人造卫星出现故障，并使地球顶端大气层电离化。据美国宇航局称，这种独特的伽马射线束非常强烈，比满月还要明亮，甚至比勘测到的太阳系外的任何天体都要明亮。这一令人难以置信的伽马射线喷发发生于2004年12月27日，是由中子星“SGR1806-20”释放的脉冲束。^[38]

2009年4月23日，天文学家曾观测到迄今最遥远的伽马射线暴，它距离地球131亿光年，也是人类观测到的最遥远天体，导致该伽马射线暴发生的强烈爆炸发生在宇宙起源后不到7亿年时。研究小组评估称，黑暗伽马射线暴在宇宙早期阶段所有伽马射线暴中只占0.2%到0.7%，这也说明宇宙起源早期并没有发生非常多的恒星形成现象。^[39]

捕获到的伽马射线中，最强壮的光子有足足950亿电子伏特，于2013年4月27日到达地球。这个光子来自距离我们38亿光年远的伽马射线暴GRB130427A。这次伽马射线暴的余晖持续很久，甚至2013年9月依然能被监测到，这也说明源头是一个高速旋转的巨型恒星爆炸，它的质量在20～30个太阳质量之间，却在引力作用下坍缩到了半径只有太阳半径的3~4倍；这正是一个典型的大质量“沃尔夫-拉叶星”（WR星）。^[40]

2016年6月，美国国家航空航天局的费米伽马射线太空望远镜记录下了这场名为GRB 160625B的伽马射线暴。就在射线大幅爆发之前，他们捕捉到了一缕短暂的闪光。这让他们得以亲眼目睹后续更加剧烈的爆炸，并记录下了射线爆发过程的新数据。英国巴斯大学的卡罗尔·蒙代尔教授指出：“伽马射线暴往往发生在瞬息之间，但这次我们提前观察到了一道长约一秒的闪光。正式的射线暴发生在约100秒之后，这给了我们足够的时间部署望远镜。而且此次射线暴持续的时间也比一般的要长，竟长达好几分钟，可以说非常幸运。虽然距我们非常遥远，但这场射线暴极为明亮。当我们意识到超快机器人望远镜成功捕获了事件刚发生时的光线后，人人都激动不已。”^[41]

2022年10月16日消息，中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)负责建设和运行管理的中国高海拔宇宙线观测站(LHAASO，昵称“拉索”)、“高能爆发探索者”(HEBS)和“慧眼”卫星(Insight-HXMT)等三大科学装置，通过天地联合，同时探测到迄今最亮的编号GRB 221009A伽马射线暴，打破了伽马射线暴光子最高能量、最亮伽马射线等人类观测宇宙中伽马射线暴的多项记录。^[42]

天文学家通过对在两个短伽玛射线暴中探测到的振荡信号进行研究，认为可能是在两个中子星（大质量恒星在生命末期的致密核）合并形成大质量中子星的过程中产生，而探测到此类信号或为研究此类事件性质提供了机会。^[43]

伽马射线暴GRB 221009A的研究成果发布，中国的“慧眼”卫星与“极目”空间望远镜联合精确探测到了该伽马射线暴，其亮度是以往伽马暴的50倍，该研究对深入理解这种极端宇宙爆发现象具有重要意义。^[44]

中国科学院高能物理研究所科研人员通过位于四川稻城的高海拔宇宙线观测站对宇宙中一次伽马射线暴进行了完整监测，这是人类首次完整记录到这一高能爆发现象的全过程。相关研究成果北京时间2023年6月9日在国际学术期刊《科学》（Science）在线发表。^[45]

自距今约六十亿年前开始，像伽马射线暴和超新星那样的灾难性事件，其发生频率在银河系的核心及中间区域都开始下降，在外围则开始升高。具体地说，报告显示，在距银河系中心约六千五百至两万六千光年的区域里，伽马射线暴和超新星那样的灾难性事件逐渐下降到了平均每五亿年不超过一次的频率，是整个银河系里最低的。^[46]

估算伽马射线暴的确切发生频率并不容易。在一个银河系大小的星系里，长伽马射线暴的发生频率估计为一万年一次到一百万年一次，其中只有很小一部分的爆发会指向地球。因为科学家还不了解此类爆发的聚焦程度，所以短伽马射线暴的发生频率就更是一个未知数，但应该和长伽马射线暴相近。^[47]

伽马射线暴对生命有害，甚至有摧毁性的破坏力。地球位于银河系的外围，而在整个宇宙当中，适合生命繁衍的环境也正正是大星系外围密度较低的区域。从各类型星系的分布可以推算出，只有约10%的星系可以繁衍生命。而且，z大于0.5的高红移星系会高频率发生伽马射线暴，恒星也过于密集，因此不宜生命。^[48][49][50]

至今科学家观测到的伽马射线暴都源自银河系以外极其遥远的地方，对地球没有任何威胁。不过，假如在银河系内离地球5千至8千光年处发生一次伽马射线暴，而且它所产生的高能喷流正指向地球，那么它就会对地球上的生态造成破坏，甚至有毁灭性的作用。目前所有卫星在宇宙中所观测到的伽马射线暴总和频率为每天一次。截止2014年3月，最接近地球的伽马射线暴为GRB 980425，距离为4千万秒差距（即1亿3千万光年，红移z = 0.0085），，源于一个SBc型矮星系。GRB 980425所释放的能量远远低于平均，它和Ib型超新星SN 1998bw相关。^[51]

有科学家推测，在过去50亿年曾发生过严重破坏地球生命的近距离伽马射线暴的概率非常高，而在过去5亿年曾发生过爆发并造成其中一次生物集群灭绝事件的概率为50%。^[52]

4亿5千万年前发生的奥陶纪－志留纪灭绝事件有可能就是伽马射线暴所致。在奥陶纪晚期的各个三叶虫种群当中，生活在充满浮游生物的海洋表面的种群最受打击，反而生活在深水、活动空间较狭窄的种群得以生存。这种灭绝特征有别于其他的集群灭绝事件，因为分布广阔的物种通常会比分布局限的生物更容易存活。因此有科学家认为，深水三叶虫受到了水屏障的保护，免受伽马射线暴所带来的紫外线摧残。同样支持这一观点的证据还有：奥陶纪晚期的双壳纲物种当中，挖洞的比在表面生活的更容易度过此次灭绝事件。^[53]

科学家从未观测到来自地球所处的银河系以内的伽马射线暴。]银河系内在过去是否发生过爆发，也是一个未解之谜。随着科学界对伽马射线暴及其前身天体的了解不断提升，人们也逐一记下可能在过去发生过或在将来会发生爆发的各个系内天体。如今观测到的长伽马射线暴都和超高光度超新星（又称极超新星）相关，而大部分高光度蓝变星和高速自转的沃尔夫–拉叶星都被认为会以星核坍缩超新星的形式死亡，并伴随长伽马射线暴。需要谨慎的是，科学家目前对伽马射线暴的了解全部来自宇宙历史长河中较早期的星系，而此类星系的金属量很低，很难把其中恒星的演化过程直接套用于银河系这类金属量较高的后期星系。^[54][55]