兩個多月前的3月29日凌晨兩點，全球科學(xué)家正在狂歡，慶祝他們聯(lián)手研究了一顆大質(zhì)量恒星死亡瞬間產(chǎn)生的“史上最亮”伽馬射線暴（GRB 221009A）。
此時，我國高海拔宇宙線觀測站（“拉索”，LHAASO）首席科學(xué)家曹臻坐在安靜的角落，默默注視著一切。
兩個多月后的6月9日，還是凌晨兩點，“拉索”合作組在《科學(xué)》放出憋了數(shù)月的“大招”，解開了全球狂歡后依然困擾世界的難題——為什么這次爆發(fā)會是“史上最亮”。
287位科學(xué)家聯(lián)合署名，憑借“拉索”的海量觀測數(shù)據(jù)，補齊了這顆恒星死亡瞬間的完整亮度變化曲線。3位匿名審稿人在看到這一成果后，驚嘆該成果是“突破性的”“非凡的”“杰出的”。為了讓更多科學(xué)家早日看到數(shù)據(jù)和結(jié)果，《科學(xué)》編輯決定，讓文章“插隊”出版。
“拉索”探測伽馬射線暴（GRB 221009A）藝術(shù)圖。中國科學(xué)院供圖
狂歡里的冷靜
約19億年前，一顆比太陽重20多倍的“超級太陽”，燃燒完其核聚變?nèi)剂虾?，瞬間坍縮爆炸形成一個火球。巨大的“宇宙煙花”——伽馬射線暴，持續(xù)了幾百秒。火球與星際物質(zhì)碰撞后產(chǎn)生的大量萬億電子伏特高能伽馬光子穿過茫茫宇宙，徑直飛向地球。
約19億年后，地球級狂歡開始。興奮的人類用諸如“千年一遇”“萬年一遇”“史上最亮”等極端詞匯來形容這次伽馬射線暴的亮度。
狂歡的同時，大部分科學(xué)家沒有失去理性。他們清楚，一些最為基礎(chǔ)的問題還沒能解答。雖然全球科學(xué)家齊心協(xié)力畫出了這次爆發(fā)的瞬時與余輝亮度變化曲線，但余輝曲線沒“頭”沒“尾”。沒人能解釋它是什么時候亮的、什么時候滅的，以及為什么此次伽馬射線暴會這么亮。
在沒有數(shù)據(jù)支撐的情況下，大家有兩種猜測。一種猜測認(rèn)為，恒星爆炸的能量大到無法解釋，以至于拋向地球的光極其明亮；另一種猜測認(rèn)為，恒星用盡“生命”最后的力量，向兩側(cè)噴出了巨大能量，其中一側(cè)恰好直沖地球。
究竟哪種猜測是對的？沒人敢“拍板”，直到“拉索”出現(xiàn)……
2022年10月9日21時20分50秒，位于海拔4410米的“拉索”接收到了這次伽馬射線暴的光子。恒星的爆炸持續(xù)了10分鐘，“拉索”共接收到了6萬多個高能光子。
基于史無前例的數(shù)據(jù)量，團(tuán)隊補齊了亮度變化曲線的“頭”和“尾”。
他們發(fā)現(xiàn)，曲線的“頭”部十分“陡峭”。論文通訊作者之一、中國科學(xué)院高能物理研究所研究員姚志國說，這表明到達(dá)地球的光子是極速變亮的，不到2秒的時間里，“拉索”收到的光子亮了100多倍，超出了以往理論模型的預(yù)期。
他們判斷，之所以亮度快速增強，很可能是因為第一波爆炸發(fā)生后，后續(xù)爆炸產(chǎn)生的“后浪”瞬間把“前浪”推到了新高度。
更重要的是，亮度變化曲線的“尾”部同樣“陡峭”。“拉索”合作組發(fā)現(xiàn)，爆炸開始后不到10分鐘，“拉索”收到的光子亮度突然間快速減弱。
根據(jù)這根“陡峭”的“尾巴”，“拉索”明確了此次伽馬射線暴“史上最亮”的原因?！昂阈潜ê髵伾湮镙椛涞膹埥侵挥?.8度，而且正對著地球?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧弧⒛暇┐髮W(xué)教授王祥玉說，這一結(jié)果證明，大質(zhì)量恒星在死亡瞬間，向兩側(cè)噴出了極細(xì)的噴柱。
宇宙級幸運+地球級實力
直到初步看到結(jié)果，“拉索”合作組才恍然發(fā)覺，自己有多么幸運。
宇宙中，0.8度錐形細(xì)得像是一根針。地球在自轉(zhuǎn)，也在繞著太陽公轉(zhuǎn)，而這枚“針”飛來時恰好正對著中國大地，“戳”在了四川稻城海子山上面積大約1.3平方公里、建成不到兩年的“拉索”上。
“這不公平，老天爺對你們太好了，我們干了20年，什么也沒看到?！币晃粐H同行在初步了解“拉索”的觀測狀態(tài)后，忍不住拉住曹臻抱怨。
宇宙級的幸運，讓“拉索”成為全球唯一一個完整探測到這場伽馬射線暴的地面探測器，“拉索”合作組由此在全球首次精確測量了高能光子爆發(fā)的完整過程。
“我們完整記錄了萬億電子伏特伽馬射線流量增強和衰減的整個過程?！辈苷檎f。
另一位正在編撰伽馬射線暴相關(guān)教科書的同行告訴曹臻，他計劃把“拉索”的新發(fā)現(xiàn)寫進(jìn)去。曹臻回應(yīng)：“放心寫，這個觀測結(jié)果預(yù)計將在今后幾十年甚至上百年內(nèi)保持最佳?！?/p>
北京師范大學(xué)天文系教授高鶴認(rèn)為，人們一直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論的正確性等重大問題，而“拉索”的這一觀測結(jié)果大大增進(jìn)了人類對伽馬暴輻射機制以及噴流結(jié)構(gòu)等方面的理解。
在美國賓夕法尼亞州立大學(xué)講座教授Peter Meszaros等國際同行看來，“拉索”能有此重大發(fā)現(xiàn)，不僅得益于宇宙級幸運，更得益于“‘拉索’巨大的觀測面積和先進(jìn)的探測器技術(shù)，以及觀測裝置的實力”。
“拉索”于2021年7月建成并全部投入運行，它由3個探測器陣列組成，包括1平方公里的地面簇射粒子探測器陣列、7.8萬平方米的水切倫科夫探測器陣列、18臺望遠(yuǎn)鏡組成的廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列。
此次觀測結(jié)果由水切倫科夫探測器陣列提供，該探測器是目前國際上最靈敏的甚高能伽馬射線源巡天觀測裝置。它利用36萬噸純凈水作為介質(zhì)，通過水底放置的6240個不同尺寸的光敏探頭探測伽馬光子留下的信號。
287位合作者圍繞“拉索”自由組合
在3月國際狂歡時，陪曹臻一起默默等待的，還有全球另外286位科學(xué)家。他們是“拉索”合作組的成員，也是此次論文的共同作者。
這些科學(xué)家來自全球32家天體物理研究機構(gòu)、高校的67個研究團(tuán)隊?！按蠹覅f(xié)同做完分析、寫出文章后，經(jīng)過大約一個月的內(nèi)部評審，合作組里的每個人都簽字同意之后，論文才投稿?！辈苷檎f。
論文署名方面，除了首席科學(xué)家、國際合作組發(fā)言人曹臻署第一作者之外，其他科學(xué)家均按照姓名首字母順序排序。論文通訊作者共有6位，來自中國科學(xué)院高能物理研究所、南京大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，他們承擔(dān)了主要的數(shù)據(jù)分析和理論解釋工作。
曹臻介紹，這樣的合作研究方式，已經(jīng)成了“拉索”合作組的慣常做法。由于67個研究團(tuán)隊的工作內(nèi)容會有重合，在研究具體問題時，研究團(tuán)隊之間圍繞“拉索”數(shù)據(jù)，形成新的組合。
“重新組合時，大家不會在意對方來自哪個單位，因為大家做的工作完全是由興趣和特長決定的。”曹臻說。
在此次研究中，6位通訊作者和曹臻形成了7人核心小組。通訊作者之一、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授戴子高回憶，從2022年10月9日看到伽馬射線暴，直到論文投稿，7人組以一周多次的頻率在線上討論“拉索”的數(shù)據(jù)并進(jìn)行理論分析。
2023年2月1日，他們把論文投給《科學(xué)》。一般來說，按照雜志出版的慣例，論文在被接收后需要排隊刊發(fā)。“但是編輯特別照顧我們，幫我們跳過排隊環(huán)節(jié)，插隊到了最前面?！辈苷檎f。
論文發(fā)表后，“拉索”合作組的工作還在繼續(xù)?！敖刂聊壳埃敬伪ㄊ录€有許多其他新發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家將不懈深耕‘拉索’數(shù)據(jù)，力圖揭開更多奧秘?！辈苷檎f。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1126/science.adg9328
引自《中國科學(xué)報》 (2023-06-09 第1版 要聞) 地址：https://mp.weixin.qq.com/s/4GFDSexHeBTgFHGTO-qIXQ
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