人類(lèi)首次！我國(guó)科學(xué)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(cè)站（LHAASO，中文簡(jiǎn)稱(chēng)“拉索”）對(duì)命名為GRB221009A的伽馬射線暴（Gamma Ray Burst，GRB）的最新觀測(cè)研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)》（Science）雜志，題為“極亮伽馬射線暴221009A窄噴流的萬(wàn)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(guó)際合作組完成。

據(jù)央視財(cái)經(jīng)，位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測(cè)站對(duì)宇宙中一次伽馬射線暴進(jìn)行了完整監(jiān)測(cè)，這是人類(lèi)首次完整記錄到這一高能爆發(fā)現(xiàn)象的全過(guò)程。相關(guān)研究成果北京時(shí)間6月9日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）在線發(fā)表。

伽馬射線暴是人類(lèi)已知宇宙中最強(qiáng)的爆發(fā)現(xiàn)象，理論上是巨大恒星在燃料耗盡時(shí)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(cè)站捕捉到的伽馬射線暴抵達(dá)地球的時(shí)間是2022年10月9日21時(shí)20分。該觀測(cè)站精確探測(cè)到了伽馬射線暴高能光子爆發(fā)的完整過(guò)程，并記錄了萬(wàn)億電子伏特伽馬射線流量增強(qiáng)和衰減的整個(gè)階段，這在國(guó)際上尚屬首次。經(jīng)過(guò)半年左右對(duì)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(gè)非?？焖俚钠鸨^(guò)程，并且其衰減的過(guò)程也是非常迅速。

專(zhuān)家說(shuō)的這束光線產(chǎn)生自20多億年前，一顆比太陽(yáng)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(wàn)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(dá)高海拔宇宙線觀測(cè)站的視場(chǎng)范圍內(nèi)。憑借觀測(cè)站內(nèi)水切倫科夫探測(cè)器陣列強(qiáng)大的性能，科研人員在20多分鐘內(nèi)記錄到了超過(guò)6萬(wàn)個(gè)光子的數(shù)據(jù)。

而國(guó)外相同能區(qū)的觀測(cè)裝置目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完整記錄伽馬射線暴全過(guò)程。

據(jù)澎湃新聞，伽馬射線暴是來(lái)自天空中某一方向的伽瑪射線突然增強(qiáng)的爆發(fā)現(xiàn)象。2022年10月9日發(fā)生了一個(gè)“千年一遇”的異常明亮的伽馬暴 ，它正好位于“拉索”的視場(chǎng)范圍內(nèi)。“拉索”探測(cè)到了6萬(wàn)多個(gè)能量大于200GeV的高能伽馬光子，對(duì)它們的分析表明這些高能光子來(lái)源于主暴之后的余輝輻射。“拉索”第一次探測(cè)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(gè)階段。盡管緩慢上升符合余輝模型的預(yù)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(duì)余輝注入了大量能量所致。同時(shí)“拉索”發(fā)現(xiàn)主暴階段沒(méi)有高能輻射，其高靈敏度測(cè)量對(duì)主暴階段高能輻射的強(qiáng)度給出了極強(qiáng)限制，對(duì)主暴的物理機(jī)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(cè)表明，高能輻射在起爆之后不到10分鐘的某個(gè)時(shí)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(dāng)輻射張角擴(kuò)展到了噴流的邊緣時(shí)造成亮度快速下降，”論文通訊作者之一，南京大學(xué)教授王祥玉說(shuō)。由于這個(gè)亮度轉(zhuǎn)折發(fā)生時(shí)間極早，由此測(cè)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(cè)到的實(shí)際上是一個(gè)典型內(nèi)亮外暗噴流的最明亮的核心。

“正是由于觀測(cè)者碰巧正對(duì)噴流最明亮的核心，自然地解釋了為什么這個(gè)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(jiàn)，”論文通訊作者之一，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授戴子高表示。

“拉索”航拍圖 (圖片來(lái)源：中科院高能所提供）

中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員 曹臻：LHAASO（高海拔宇宙線觀測(cè)站）最重要的科學(xué)目標(biāo)，就是去解決一個(gè)一百年的謎題。這個(gè)一百年的謎題就是說(shuō)，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(lái)的，在哪里被產(chǎn)生出來(lái)的，而這些問(wèn)題現(xiàn)在都在逐漸展開(kāi)研究。

“截至當(dāng)下，本場(chǎng)爆炸事件還有其他新發(fā)現(xiàn)，科學(xué)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(qǐng)等待‘拉索’的后續(xù)數(shù)據(jù)分析成果。”曹臻對(duì)LHAASO下一階段成果給出了樂(lè)觀的預(yù)期。

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

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封面圖片來(lái)源：央視新聞視頻截圖