北京時(shí)間2022年10月9日21時(shí)17分左右，一束束來(lái)自距離地球24億光年的高能射線“驚動(dòng)”了全球遍布天上地下的宇宙射線探測(cè)衛(wèi)星與裝置。
這一“千年一遇”的伽馬射線暴事件成為人類有史以來(lái)探測(cè)到的最亮伽馬暴——不僅將亮度紀(jì)錄提升了50倍，其各向同性能量也打破紀(jì)錄，相當(dāng)于在1分鐘內(nèi)釋放8個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的全部能量，而且還產(chǎn)生了極為狹窄、極端明亮、接近光速運(yùn)動(dòng)的噴流。
3月29日凌晨，全球40余家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布了對(duì)迄今最亮伽馬射線暴GRB 221009A的研究成果。中國(guó)慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡精確測(cè)量了這次伽馬暴的完整爆發(fā)過(guò)程，為這個(gè)極端天體爆發(fā)的研究做出了獨(dú)特貢獻(xiàn)。
▲中國(guó)衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)最亮伽馬暴
各向同性能量相當(dāng)于一分鐘釋放出8個(gè)太陽(yáng)全部能量
伽馬暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的爆炸現(xiàn)象，好像宇宙深處綻放的焰火，但只有當(dāng)它的噴流方向正對(duì)地球時(shí)，才可能被人類探測(cè)到。自1967年人類發(fā)現(xiàn)首個(gè)伽馬暴以來(lái)，迄今已探測(cè)到近萬(wàn)例。而這一次則達(dá)到了“千年一遇”的級(jí)別。
“千年一遇，甚至可以說(shuō)萬(wàn)年一遇。這意味著，上一次發(fā)生如此劇烈的伽馬暴時(shí)，人類還處于蠻荒時(shí)代。哪怕千年以前，中國(guó)還在宋朝，望遠(yuǎn)鏡都還沒有誕生。”美國(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校教授張冰是此次成果論文的通訊作者之一，盡管地球上每天都能觀測(cè)到三次左右伽馬暴，但遇上最亮伽馬暴并詳細(xì)觀測(cè)，對(duì)于天體物理學(xué)家而言，真是人生幸事。
引起此次伽馬暴的，是一顆極大質(zhì)量恒星的核心坍縮爆炸?？茖W(xué)家之所以如此肯定，是因?yàn)檫@次爆發(fā)持續(xù)時(shí)間超過(guò)了2秒，前后共持續(xù)了幾百秒。而另一種由兩顆極端致密天體（中子星、黑洞）合并而引發(fā)的伽馬暴，持續(xù)時(shí)間通常短于2秒，同時(shí)還會(huì)發(fā)出引力波。
“這次的爆炸地點(diǎn)距離地球24億光年，在人類已探測(cè)到的伽馬暴中并不算遙遠(yuǎn)，而它的爆發(fā)強(qiáng)度又很大，這都使GRB 221009A成為當(dāng)之無(wú)愧的‘最亮伽馬暴’?！睆埍f(shuō)，觀測(cè)如此極端的爆發(fā)，對(duì)設(shè)備是極為嚴(yán)峻的考驗(yàn)，“根據(jù)測(cè)得的各向同性等效能量推算，此次噴流強(qiáng)度相當(dāng)于將8個(gè)太陽(yáng)的全部質(zhì)量都轉(zhuǎn)化成能量，然后在1分鐘內(nèi)釋放出來(lái)。”這些能量如果讓太陽(yáng)用長(zhǎng)達(dá)50億年的一生來(lái)釋放，則需要1萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)。
這個(gè)“最亮伽馬暴”擁有極窄、極明亮的噴流，而且以非常接近光速的速度產(chǎn)生，這對(duì)30年多來(lái)所形成的所有伽馬暴起源模型提出了挑戰(zhàn)。此次研究論文的另一位通訊作者、中科院高能物理研究所研究員張雙南說(shuō)，目前還沒有一個(gè)模型可以完美解釋這個(gè)極端案例，“但現(xiàn)有模型必須經(jīng)受住它的檢驗(yàn)，才能成立”。
慧眼極目，“有容乃大”給出精確探測(cè)
就在約半年前的那個(gè)夜晚，最亮伽馬暴的射線幾乎“亮瞎”了所有觀測(cè)設(shè)備，其流量超出了很多探測(cè)儀器的上限，其中也包括中國(guó)首顆X射線空間天文衛(wèi)星“慧眼”。
然而，搭載在“創(chuàng)新X”首發(fā)星上的極目C空間望遠(yuǎn)鏡卻恰好處于特殊模式，能夠記錄極高伽馬射線流強(qiáng)，避免了因極端亮度而容易產(chǎn)生的數(shù)據(jù)飽和丟失、信號(hào)堆積等問(wèn)題，成功對(duì)該伽馬暴極端明亮的主暴進(jìn)行了完整而精確的探測(cè)。
基于極目空間望遠(yuǎn)鏡的精確觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該伽馬暴具有迄今探測(cè)到的最高亮度，并將伽馬暴亮度紀(jì)錄提升了50倍！
盡管錯(cuò)過(guò)了主暴，但慧眼衛(wèi)星憑借其配備的強(qiáng)大載荷，成功獲得了伽馬暴的前兆輻射和早期余輝的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。
▲迄今發(fā)現(xiàn)的最亮伽馬射線暴（GRB 221009A）想象圖
“根據(jù)兩大設(shè)備的聯(lián)合觀測(cè)結(jié)果推測(cè)，該伽馬暴的余輝由慢衰減到快衰減的拐折出現(xiàn)得非常早，意味著產(chǎn)生伽馬射線的噴流非常狹窄，是人類探測(cè)到的最狹窄的伽馬暴噴流之一?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧?、中科院高能所粒子天體物理中心副主任、極目空間望遠(yuǎn)鏡首席科學(xué)家熊少林介紹，研究人員認(rèn)為，極為狹窄的噴流可能是該伽馬暴看上去極端明亮的原因之一。
“這些極高質(zhì)量的數(shù)據(jù)源于慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡的巧妙設(shè)計(jì)?！痹缭诒臼兰o(jì)初，意大利費(fèi)拉拉大學(xué)教授菲利波·弗龍?zhí)鼐蛶ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)參與到兩個(gè)設(shè)備的研制中。他認(rèn)為，慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡所獲得的數(shù)據(jù)提供了切實(shí)的證據(jù)，證明伽馬暴引擎可以發(fā)射非常狹窄而準(zhǔn)直的噴流，這為研究新生致密星的產(chǎn)生和活動(dòng)提供了嶄新線索。
其實(shí)，那一晚，我國(guó)的高海拔宇宙線觀測(cè)站（拉索）、極目空間望遠(yuǎn)鏡和慧眼衛(wèi)星同時(shí)探測(cè)到了“最亮伽馬暴”。這也是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)伽馬射線暴的天地多手段聯(lián)合觀測(cè)，并獨(dú)家實(shí)現(xiàn)了跨越9個(gè)量級(jí)的多譜段精細(xì)測(cè)量。其中，“拉索”利用其大量的甚高能觀測(cè)數(shù)據(jù)，做出了多項(xiàng)重要首次發(fā)現(xiàn)，這些結(jié)果將在不久后發(fā)布。
“從2001年發(fā)射的神舟二號(hào)起，高能所就牽頭或參與伽馬暴相關(guān)的空間項(xiàng)目，至今已有20多年?！毙苌倭纸榻B，未來(lái)五到十年，我國(guó)還將發(fā)射愛因斯坦探針衛(wèi)星、空間變?cè)幢O(jiān)視器、中國(guó)空間站高能宇宙輻射探測(cè)設(shè)施、增強(qiáng)型時(shí)變與偏振天文臺(tái)等空間設(shè)備，通過(guò)更多手段、從更多角度，宇宙深處的奧秘。
178位作者共同署名，來(lái)自全球30多家研究機(jī)構(gòu)
這次“最亮伽馬暴”全球發(fā)布的主會(huì)場(chǎng)設(shè)在美國(guó)夏威夷，由美國(guó)宇航局（NASA）主持。多篇論文也同步發(fā)表在歐美專業(yè)雜志上。
張雙南告訴記者，美國(guó)在這次觀測(cè)中投入的空間和地面設(shè)備最多，由于中國(guó)的慧眼和極目在精確測(cè)量中做出了獨(dú)到貢獻(xiàn)，中國(guó)科學(xué)家也因此受邀參與同步發(fā)布。
這一次，由中國(guó)科學(xué)院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)撰寫的論文，投稿到了中國(guó)創(chuàng)辦的國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》，共同署名的作者多達(dá)178位，來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、意大利、德國(guó)、法國(guó)等30余家研究機(jī)構(gòu)。目前，論文已發(fā)布了預(yù)印本，正式發(fā)表的版面還在雜志的審稿流程中。
德國(guó)圖賓根大學(xué)安德烈·桑坦格羅教授表示，當(dāng)所有其他設(shè)備都被炫花眼時(shí)，慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡能夠觀察到整個(gè)事件，這表明“中國(guó)已處于世界高能天體物理學(xué)研究的前沿”。他認(rèn)為，“這些空間項(xiàng)目將使中國(guó)在高能天體物理領(lǐng)域發(fā)揮引領(lǐng)作用，未來(lái)中國(guó)在這一領(lǐng)域的引領(lǐng)力將與日俱增”。
引自文匯報(bào)2023.3.29版 原地址：http://wenhui.whb.cn/zhuzhanapp/kjwz/20230329/514095.html?timestamp=1680050245151
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