大約20億年前，一顆比太陽(yáng)重20多倍的“超級(jí)太陽(yáng)”在死亡瞬間坍縮，引發(fā)巨大的爆炸火球，釋放出一朵持續(xù)幾百秒的巨大“宇宙煙花”——伽馬射線暴。火球與星際物質(zhì)碰撞產(chǎn)生的大量萬(wàn)億電子伏特（TeV）高能伽馬光子穿過(guò)茫茫宇宙，徑直飛向地球。
2022年10月9日21時(shí)20分50秒，這群光子抵達(dá)位于四川稻城海子山上的高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO，簡(jiǎn)稱“拉索”）的視場(chǎng)范圍。“拉索”收集到了6萬(wàn)多個(gè)伽馬光子。就在那一晚，我國(guó)極目空間望遠(yuǎn)鏡和慧眼衛(wèi)星與“拉索”一起同時(shí)探測(cè)到了這一“最亮伽馬暴”（詳見(jiàn)本報(bào)3月29日3版相關(guān)報(bào)道）。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)。
經(jīng)過(guò)數(shù)月分析，科學(xué)家們終于揭開了這場(chǎng)“萬(wàn)年一遇”伽馬暴事件的神秘面紗。
5月9日凌晨，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了這一由“拉索”國(guó)際合作組完成的有關(guān)迄今最亮伽馬射線暴GRB 221009A的研究成果。
▲GRB 221009A伽馬暴事件被“拉索”完整記錄到（藝術(shù)示意圖）
一戰(zhàn)“封神” ，“拉索”創(chuàng)下多個(gè)“國(guó)際首次”
今年5月初，國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“拉索”通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收時(shí)，項(xiàng)目首席科學(xué)家、“拉索”國(guó)際合作組發(fā)言人、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻就預(yù)告“即將發(fā)表一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)”，而它可能會(huì)改變?nèi)祟惸壳皩?duì)部分天體現(xiàn)象的理解。
今天，頂著多個(gè)“國(guó)際首次”的光環(huán)，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)終于面世。
——這是人類首次精確測(cè)量高能光子爆發(fā)的完整過(guò)程。
“拉索”收集到的信號(hào)細(xì)節(jié)表明，探測(cè)到的光子來(lái)源于“主爆”之后的“后隨爆炸”。伽馬射線暴事件的主爆，也稱為瞬時(shí)輻射，是初始階段的巨大爆炸，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的低能伽馬射線輻射。接近于光速的爆炸物與周圍環(huán)境氣體碰撞則產(chǎn)生后隨爆炸，也稱為余輝。
“‘拉索’首次精確觀測(cè)了后隨爆炸的完整過(guò)程，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?！辈苷檎f(shuō)，在這次觀測(cè)中，“拉索”是全球唯一沒(méi)有被“亮瞎”且記錄下完整過(guò)程的設(shè)備。
▲“拉索”觀測(cè)到的3千億到5萬(wàn)億電子伏特能量范圍的GRB221009A余輝輻射的光變過(guò)程與能譜指數(shù)演化，以及函數(shù)擬合?！袄鳌笔状螌?shí)現(xiàn)了伽馬射線暴千億電子伏特以上余輝輻射過(guò)程的完整觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了余輝輻射過(guò)程的快速增長(zhǎng)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了伽馬射線暴GRB221009A余輝輻射過(guò)程的快速衰減現(xiàn)象。
曾經(jīng)，憑借對(duì)上萬(wàn)個(gè)伽馬射線暴的觀測(cè)，科學(xué)家已經(jīng)建立了近乎完美、令人深信不疑的理論模型，而“拉索”這次“教科書式”的完整觀測(cè)則對(duì)理論模型提出了新的挑戰(zhàn)。鑒于此次事件的稀缺性，該結(jié)果將在今后上百年內(nèi)保持“最佳紀(jì)錄”。
——“拉索”在國(guó)際上首次測(cè)量到高能光子流量的快速增強(qiáng)過(guò)程。
“在后隨爆炸過(guò)程中，‘拉索’首次探測(cè)到光子流量的極速增強(qiáng)?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧弧⒅袊?guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員姚志國(guó)說(shuō)，“在不到兩秒的時(shí)間內(nèi)，光子流量增強(qiáng)了100多倍”。
早期如此快速的增強(qiáng)現(xiàn)象超出了以往理論模型的預(yù)期，而之后的緩慢增長(zhǎng)行為卻符合后隨爆炸的預(yù)期特征。這其中究竟存在著什么樣的機(jī)制？這將引發(fā)科學(xué)界對(duì)伽馬射線暴能量注入、光子吸收、粒子加速等機(jī)制的深入探討。
——“拉索”率先發(fā)現(xiàn)了此次伽馬射線暴歷史最亮的秘密。
“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?！斑@可解釋為爆炸后的拋射物呈噴流狀結(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?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧?，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——這是迄今已知的最小張角噴流，意味著觀測(cè)到的實(shí)際上是一個(gè)內(nèi)亮外暗噴流的最明亮核心。
▲“拉索”率先發(fā)現(xiàn)了此次伽馬射線暴歷史最亮的秘密（藝術(shù)示意圖）
萬(wàn)年一次，幸運(yùn)得益于“拉索”的靈敏和大視野
在這次伽馬暴事件持續(xù)的10分鐘內(nèi)，“拉索”記錄到的光子數(shù)超過(guò)了過(guò)去幾年對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)燭光”蟹狀星云的觀測(cè)積累。論文通訊作者之一、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員查敏說(shuō)，若把選擇條件降到最低，光子數(shù)可達(dá)10萬(wàn)個(gè)。對(duì)比同能區(qū)其它實(shí)驗(yàn)裝置，甚至是用來(lái)專門追蹤伽馬暴的設(shè)備，它們測(cè)到的光子數(shù)僅在千個(gè)以下水平，且都只測(cè)到了爆炸過(guò)后60秒以外的“余輝”。
▲“拉索”航拍圖
美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士、賓州州立大學(xué)講座教授、伽馬射線暴火球模型奠基人彼得·梅斯扎羅斯認(rèn)為，首次探測(cè)到TeV能區(qū)的早期余輝光變曲線得益于“拉索”巨大的觀測(cè)面積和先進(jìn)的探測(cè)器技術(shù)。
北京師范大學(xué)天文系高鶴教授則表示，人們期望利用伽馬暴研究宇宙的演化歷史、重元素的起源以及相對(duì)論的正確性等重大問(wèn)題，在此之前必須深刻了解伽馬暴自身的物理起源。他說(shuō)：“如此亮的伽馬暴掃過(guò)地球的概率是萬(wàn)年一次，而這一次人類極其幸運(yùn)，因?yàn)樗『寐湓诹恕鳌淖罴延^測(cè)范圍內(nèi)?！鳌回?fù)眾望，首次在TeV能量處給出了伽馬暴完整的光變曲線與能譜，這一觀測(cè)結(jié)果大大增進(jìn)了人類對(duì)伽馬暴輻射機(jī)制以及噴流結(jié)構(gòu)等方面的理解。”
《科學(xué)》審稿專家們認(rèn)為，這是一項(xiàng)非凡的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，值得迅速發(fā)表——它為理解伽馬射線暴提供了一個(gè)全新視角，有可能成為該領(lǐng)域引用最多的論文之一。
曹臻透露，科學(xué)家們還在不懈深耕“拉索”收集到的數(shù)據(jù)，努力揭示其中的更多奧秘。
引自文匯報(bào)2023.6.9版 原地址：http://wenhui.whb.cn/zhuzhanapp/kjwz/20230609/525115.html?timestamp=1686268707765
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