這是一場(chǎng)國(guó)際大聯(lián)歡。
北京時(shí)間3月29日凌晨2點(diǎn)，中國(guó)、美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家和地區(qū)的科學(xué)家同時(shí)發(fā)布了一則重磅新聞，報(bào)告了對(duì)一次“千年一遇”“史上最亮”的伽馬射線暴（GRB 221009A）的研究成果。
19億年前，宇宙深處的一個(gè)天體發(fā)生了劇烈爆炸。2022年10月9日，爆炸產(chǎn)生的光抵達(dá)地球。全人類用上幾乎所有的觀測(cè)手段，嘗試收集和解碼這束光里蘊(yùn)含的信息。大多數(shù)儀器被這束極亮的光晃得“失明”。
在全世界所有空間高能望遠(yuǎn)鏡中，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研制的極目空間望遠(yuǎn)鏡（簡(jiǎn)稱極目-C）是唯一的不僅沒(méi)有“失明”還精確記錄下這束光的儀器。
全球各地同期發(fā)布的研究成果多次提到中國(guó)?！盎垩邸毙l(wèi)星和極目-C探測(cè)器的觀測(cè)結(jié)果，幾乎成了他們用來(lái)比對(duì)和校準(zhǔn)自身數(shù)據(jù)的“尺子”。
迄今發(fā)現(xiàn)的最亮伽馬射線暴（GRB 221009A）想象圖。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所供圖
一分鐘，宇宙在閃爍
2022年10月9日，極目空間望遠(yuǎn)鏡首席科學(xué)家熊少林在伽馬射線暴協(xié)同觀測(cè)網(wǎng)（GCN）上，看到了美國(guó)費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星發(fā)布的警報(bào)。
觀測(cè)伽馬暴，是極目空間望遠(yuǎn)鏡的主業(yè)。參與本次發(fā)現(xiàn)的極目-C源自“懷柔一號(hào)”極目衛(wèi)星?！皯讶嵋惶?hào)”極目衛(wèi)星是中國(guó)科學(xué)院“空間科學(xué)”（二期）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)支持的機(jī)遇型空間科學(xué)項(xiàng)目，起初由兩顆衛(wèi)星（極目-A和極目-B）組成，于2020年12月發(fā)射運(yùn)行。
為了增強(qiáng)“懷柔一號(hào)”極目衛(wèi)星的探測(cè)能力，極目團(tuán)隊(duì)利用“懷柔一號(hào)”極目衛(wèi)星的備份件研制了第3個(gè)極目系列載荷，即極目-C。其于2022年7月27日搭載中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院牽頭研制的空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射入軌。
“極目-C有沒(méi)有被地球遮擋？”得知這個(gè)爆發(fā)不尋常后，熊少林問(wèn)正在值班的博士生張艷秋。
“沒(méi)有?！钡弥獩](méi)被遮擋，熊少林有些興奮，這意味著極目-C有可能探測(cè)到此次伽馬暴。
“但極目-C可能在高噪聲區(qū)域?！睆埰G秋的一句話，讓熊少林心里咯噔一下。
極目-C大約有一半時(shí)間會(huì)飛過(guò)高噪聲區(qū)域。受地球磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)影響，宇宙中的高能粒子在地球高緯度區(qū)域聚集，對(duì)天文觀測(cè)來(lái)說(shuō)是麻煩的噪聲。因此，為了既保護(hù)探測(cè)器，又盡量不錯(cuò)過(guò)重要爆發(fā)事件，極目運(yùn)行團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種特殊工作模式——讓極目-C在經(jīng)過(guò)這些區(qū)域時(shí)關(guān)閉實(shí)時(shí)下傳觀測(cè)警報(bào)的功能，并且關(guān)閉大部分伽馬射線探測(cè)器，只打開一個(gè)探測(cè)器。
“在高噪聲的干擾下，唯一一個(gè)開機(jī)的探頭能看見(jiàn)爆發(fā)事件嗎？”熊少林心里打鼓。
3天后，極目-C的數(shù)據(jù)傳來(lái)?！翱吹叫盘?hào)了！”博士生劉佳聰發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)圖讓熊少林心里的石頭落了地。
原來(lái)，這次伽馬暴的主要爆發(fā)階段持續(xù)了一分鐘。在這最關(guān)鍵的一分鐘里，極目-C恰好處在高噪聲區(qū)域的邊緣，不僅噪聲很小，而且由于其他探頭沒(méi)開機(jī)，數(shù)據(jù)總量沒(méi)有超過(guò)電子學(xué)系統(tǒng)的傳輸上限，沒(méi)有發(fā)生飽和丟失，采集的數(shù)據(jù)完整無(wú)缺。
在伽馬暴被探測(cè)到之后的第6天，極目-C的數(shù)據(jù)引起了國(guó)際同行的關(guān)注。德國(guó)法蘭克福歌德大學(xué)教授Alexander Kann等人評(píng)價(jià)，極目-C“進(jìn)行了極為有趣的探測(cè)。由于其軌道位置和環(huán)境，它沒(méi)有數(shù)據(jù)飽和丟失問(wèn)題”。
“我們非常幸運(yùn)?！毙苌倭终f(shuō)。
在全世界幾乎所有衛(wèi)星都被晃到“暈眩”的一分鐘里，極目-C清晰地記錄下GRB 221009A伽馬暴“高光時(shí)刻”里最精細(xì)的亮度變化和伽馬光子能量分布。
基于極目-C的高精度數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，此次伽馬暴比以往人類觀測(cè)到的最亮伽馬暴亮50倍，可謂“千年一遇的天文事件”。假設(shè)這次伽馬暴向周圍各個(gè)方向都輻射了幾乎相同數(shù)量的伽馬射線，那么，這一分鐘里，相當(dāng)于1萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)釋放了它們一生（大約100億年）能量的總和。
兩顆星，接力式補(bǔ)臺(tái)
僅記錄“高光時(shí)刻”，并不足以描述整個(gè)伽馬暴的過(guò)程。至于“高光時(shí)刻”之前和之后發(fā)生了些什么，僅靠極目-C難以回答。
在記錄下“高光時(shí)刻”后，極目-C很快又飛到了高噪聲區(qū)域。這時(shí)，我國(guó)另一顆天文望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星——“慧眼”衛(wèi)星接上了。
“慧眼”衛(wèi)星由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員李惕碚和吳枚等人于1993年提出，2017年6月15日發(fā)射，在軌穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)5年。熊少林的另一個(gè)身份是“慧眼”衛(wèi)星的伽馬暴與引力波電磁對(duì)應(yīng)體核心科學(xué)組組長(zhǎng)。
2022年10月9日，“慧眼”衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南也看到了GCN上的警報(bào)。
“‘慧眼’衛(wèi)星當(dāng)時(shí)正在做銀道面掃描，恰好掃到了伽馬暴出現(xiàn)的位置。衛(wèi)星上配備的高能X射線望遠(yuǎn)鏡，憑借在兆電子伏能區(qū)最大的有效面積，獲得了其前兆輻射和早期余輝的高質(zhì)量數(shù)據(jù)?！睆堧p南說(shuō)。
余輝，是伽馬暴的重要輻射成分。大質(zhì)量恒星坍縮爆炸后，會(huì)產(chǎn)生一顆黑洞或中子星等極端致密天體。這類天體通過(guò)極強(qiáng)的引力吞噬周圍物質(zhì)，并以接近光速的速度從兩極噴射物質(zhì)，形成一對(duì)方向相反的噴流。噴流和周圍的星際介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的輻射，就是科學(xué)家所說(shuō)的“余輝”。
主暴之后的600秒到900秒，極目-C進(jìn)入高噪聲區(qū)域，“慧眼”衛(wèi)星詳細(xì)記錄了余輝信息；1300秒到1800秒，“慧眼”衛(wèi)星進(jìn)入高噪聲區(qū)域，極目-C回到低噪聲區(qū)域，得以對(duì)余輝進(jìn)行接力式測(cè)量。
兩顆星的相互補(bǔ)臺(tái)，使我國(guó)科學(xué)家在硬X射線和軟伽馬射線能段，獲得了國(guó)際上最高精度的完整可靠數(shù)據(jù)，精確刻畫了該伽馬暴從前兆輻射到主暴、耀發(fā)以及早期余輝的各個(gè)關(guān)鍵階段的輻射性質(zhì)。
科研團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)此次伽馬暴的“一個(gè)很有意思的特點(diǎn)”?！叭绻麑娏飨胂蟪捎钪嫔钐幨蛛娡舱障虻厍虻墓?，那么，這束光非常狹窄。狹窄，可能是該伽馬暴看上去極端明亮的原因之一。”熊少林說(shuō)。
然而，如此狹窄而明亮的噴流是如何產(chǎn)生的，這個(gè)問(wèn)題讓理論家們撓頭。
此外，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所所長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士王貽芳透露，我國(guó)地面觀測(cè)設(shè)施——高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）與“慧眼”衛(wèi)星、極目空間望遠(yuǎn)鏡開展了天地聯(lián)合觀測(cè)，也有突破性發(fā)現(xiàn)，將于近期發(fā)布。
三十年，讓中國(guó)不可或缺
中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所舉行的發(fā)布會(huì)上，張雙南和熊少林并排坐在臺(tái)上。出席本次發(fā)布會(huì)的還有“慧眼”衛(wèi)星最初的提出者、熊少林的導(dǎo)師李惕碚院士。
“我們的年輕人非常優(yōu)秀。30年來(lái)已經(jīng)形成了一個(gè)集體?！崩钐桧崭锌?/p>
張雙南也指導(dǎo)過(guò)熊少林。他常這樣向外人介紹熊少林：“少林在成為極目天文望遠(yuǎn)鏡首席科學(xué)家時(shí)，是全世界最年輕的空間科學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家?！?/p>
這次，張雙南、熊少林師徒帶著一群年輕人，用近5個(gè)月時(shí)間，以國(guó)際合作的形式分析數(shù)據(jù)、撰寫論文。論文作者共有178位，成員來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、意大利、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)30余家研究機(jī)構(gòu)。目前，論文已在線發(fā)表于預(yù)印本平臺(tái)arXiv。
回想緊張卻安心的5個(gè)月，熊少林毫不吝惜對(duì)團(tuán)隊(duì)里年輕人的贊美：“我們組里有‘四大金剛’，是團(tuán)隊(duì)的主力?！?/p>
“四大金剛”是4位博士生，各有各的絕活兒。張艷秋，外號(hào)“秋哥”，是位有男孩性格的女孩，擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)分析和寫代碼。劉佳聰，平日不修邊幅，做起研究卻一絲不茍，熟悉探測(cè)器，擅長(zhǎng)攻堅(jiān)，衛(wèi)星出現(xiàn)噪聲問(wèn)題時(shí)一看一個(gè)準(zhǔn)。薛王陳，外號(hào)“薛哥”，名字里全是姓，低調(diào)、內(nèi)斂、“宅”，數(shù)理基礎(chǔ)扎實(shí)，擅長(zhǎng)編程。鄭超，為人踏實(shí)又勤奮上進(jìn)，擅長(zhǎng)探測(cè)器測(cè)試、標(biāo)定等硬件工作。
“我平時(shí)只給‘四大金剛’分配誰(shuí)做什么，但實(shí)際上他們4人天天在一塊兒泡著，誰(shuí)做什么分析都要互相討論，還要互相檢查?！毙苌倭中χf(shuō)。
在全球大聯(lián)歡式的聯(lián)合發(fā)布結(jié)束后，等待這群年輕科學(xué)家回答的問(wèn)題還有很多：這個(gè)伽馬暴為何如此明亮，這么亮是不是與噴流狹窄有關(guān)，它為什么這么狹窄，這個(gè)伽馬暴到底是如何產(chǎn)生的……
“之后，我們將繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，也期待著與國(guó)際同行繼續(xù)合作?！毙苌倭终f(shuō)，“各種觀測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)放在一起，或許能對(duì)這個(gè)伽馬暴有更全面的認(rèn)識(shí)。盡管有點(diǎn)盲人摸象的感覺(jué)，但渺小的人類如果不聯(lián)合起來(lái)，何以探索廣袤的宇宙呢？”
相關(guān)論文信息：
https://arxiv.org/abs/2303.01203
引自《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2023-03-29 第1版 要聞)原地址：https://mp.weixin.qq.com/s/qJ38C1D-x2iiDGIgusZzKw
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