人類首次！我國科學家捕獲史上最亮伽馬射線暴

每經(jīng)編輯 杜宇

6月9日，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，中文簡稱“拉索”）對命名為GRB221009A的伽馬射線暴（Gamma Ray Burst，GRB）的最新觀測研究成果在線發(fā)表于《科學》（Science）雜志，題為“極亮伽馬射線暴221009A窄噴流的萬億電子伏特余輝”（A tera-electronvolt afterglow from a narrow jet in an extremely bright gamma-ray burst 221009A）。該論文由LHAASO國際合作組完成。

據(jù)央視財經(jīng)，位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測站對宇宙中一次伽馬射線暴進行了完整監(jiān)測，這是人類首次完整記錄到這一高能爆發(fā)現(xiàn)象的全過程。相關(guān)研究成果北京時間6月9日在國際學術(shù)期刊《科學》（Science）在線發(fā)表。

伽馬射線暴是人類已知宇宙中最強的爆發(fā)現(xiàn)象，理論上是巨大恒星在燃料耗盡時塌縮爆炸或者兩顆鄰近的致密星體合并而產(chǎn)生的。

這次由高海拔宇宙線觀測站捕捉到的伽馬射線暴抵達地球的時間是2022年10月9日21時20分。該觀測站精確探測到了伽馬射線暴高能光子爆發(fā)的完整過程，并記錄了萬億電子伏特伽馬射線流量增強和衰減的整個階段，這在國際上尚屬首次。經(jīng)過半年左右對該伽馬射線暴數(shù)據(jù)的分析，科研人員發(fā)現(xiàn)它有一個非?？焖俚钠鸨^程，并且其衰減的過程也是非常迅速。

專家說的這束光線產(chǎn)生自20多億年前，一顆比太陽重20多倍的大質(zhì)量恒星燃燒完引發(fā)的巨大爆炸火球，火球與星際物質(zhì)碰撞產(chǎn)生的大量萬億電子伏特高能伽馬光子在茫茫宇宙中穿行了20多億年，正好抵達高海拔宇宙線觀測站的視場范圍內(nèi)。憑借觀測站內(nèi)水切倫科夫探測器陣列強大的性能，科研人員在20多分鐘內(nèi)記錄到了超過6萬個光子的數(shù)據(jù)。

而國外相同能區(qū)的觀測裝置目前還沒有實現(xiàn)完整記錄伽馬射線暴全過程。

據(jù)澎湃新聞，伽馬射線暴是來自天空中某一方向的伽瑪射線突然增強的爆發(fā)現(xiàn)象。2022年10月9日發(fā)生了一個“千年一遇”的異常明亮的伽馬暴 ，它正好位于“拉索”的視場范圍內(nèi)。“拉索”探測到了6萬多個能量大于200GeV的高能伽馬光子，對它們的分析表明這些高能光子來源于主暴之后的余輝輻射。“拉索”第一次探測到高能伽馬射線余輝的起始階段，揭示了余輝存在快速上升和緩慢上升兩個階段。盡管緩慢上升符合余輝模型的預期，但早期快速的上升現(xiàn)象前所未有，這或許由于中心引擎對余輝注入了大量能量所致。同時“拉索”發(fā)現(xiàn)主暴階段沒有高能輻射，其高靈敏度測量對主暴階段高能輻射的強度給出了極強限制，對主暴的物理機制具有重要啟示作用。

據(jù)四川新聞網(wǎng)，據(jù)介紹，“拉索”觀測表明，高能輻射在起爆之后不到10分鐘的某個時刻，亮度突然快速減弱了。“這可解釋為爆炸后的拋射物是噴流狀的結(jié)構(gòu)，當輻射張角擴展到了噴流的邊緣時造成亮度快速下降，”論文通訊作者之一，南京大學教授王祥玉說。由于這個亮度轉(zhuǎn)折發(fā)生時間極早，由此測出了噴流的張角也極小，僅0.8度。這是迄今知道的最小張角的噴流，意味著觀測到的實際上是一個典型內(nèi)亮外暗噴流的最明亮的核心。

“正是由于觀測者碰巧正對噴流最明亮的核心，自然地解釋了為什么這個伽馬射線暴是歷史上最亮的，也解釋了為什么這樣的事件極其罕見，”論文通訊作者之一，中國科學技術(shù)大學教授戴子高表示。

“拉索”航拍圖 (圖片來源：中科院高能所提供）

中國科學院高能物理研究所研究員 曹臻：LHAASO（高海拔宇宙線觀測站）最重要的科學目標，就是去解決一個一百年的謎題。這個一百年的謎題就是說，我們的宇宙的構(gòu)成中的一部分，一些高能量的粒子是怎么被產(chǎn)生出來的，在哪里被產(chǎn)生出來的，而這些問題現(xiàn)在都在逐漸展開研究。

“截至當下，本場爆炸事件還有其他新發(fā)現(xiàn)，科學家們還在不懈地深耕‘拉索’的數(shù)據(jù)，力圖揭示更多的奧秘，敬請等待‘拉索’的后續(xù)數(shù)據(jù)分析成果。”曹臻對LHAASO下一階段成果給出了樂觀的預期。

位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測站是目前世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強的伽馬射線探測裝置，是我國國家重大科技基礎(chǔ)設施。該觀測站平均海拔4410米，占地面積約1.36平方公里。觀測站由電磁粒子探測器、繆子探測器、水切倫科夫探測器和大氣切倫科夫望遠鏡四種類型的探測設備組成，可以寬波段、多手段地開展天體物理等方面的研究。觀測站于2021年7月建成并投入運行，今年5月10日通過國家驗收。

每日經(jīng)濟新聞綜合央視財經(jīng)、四川新聞網(wǎng)、澎湃新聞

封面圖片來源：央視新聞視頻截圖