川觀新聞?dòng)浾?吳憂
北京時(shí)間6月9日，《科學(xué)》雜志在線發(fā)表高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO，中文簡(jiǎn)稱“拉索”）國(guó)際合作組的論文——《極亮伽馬射線暴221009A窄噴流的萬(wàn)億電子伏特余輝》。位于中國(guó)四川的“拉索”，首次完整記錄了大質(zhì)量恒星死亡瞬間萬(wàn)億電子伏特伽馬射線爆發(fā)全過(guò)程，揭開(kāi)了這次爆炸事件的面紗。
“拉索”項(xiàng)目首席科學(xué)家曹臻表示，這是獨(dú)一無(wú)二的“拉索”，取得的獨(dú)一無(wú)二的成果。近日，川觀新聞?dòng)浾邔?duì)話曹臻，請(qǐng)他講述了這項(xiàng)觀測(cè)研究成果背后的故事。
這項(xiàng)成果，大家翹首以盼
記者：審稿專家說(shuō)，這是一項(xiàng)非凡的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，值得迅速發(fā)表。這是為什么？
曹臻：這是一次舉世矚目的觀測(cè)。對(duì)這次觀測(cè)研究的成果，全球天文學(xué)家翹首以盼。去年10月9日，人類觀測(cè)到了有記錄以來(lái)最亮的伽馬射線暴，這是約20億年前，約24億光年外的一顆大質(zhì)量恒星“超級(jí)太陽(yáng)”死亡瞬間劇烈爆炸所產(chǎn)生的，其亮度比以往最亮伽馬射線暴還要高幾十倍以上。如此亮的伽馬射線暴掃到地球，上千年甚至上萬(wàn)年才有一次。全球幾十個(gè)空間和地面探測(cè)器都進(jìn)行了觀測(cè)，我國(guó)的“慧眼”衛(wèi)星和“極目”空間望遠(yuǎn)鏡，以及地面的“拉索”，也在其中。特別是“拉索”，收集到6萬(wàn)多個(gè)伽馬光子，首次完整記錄了萬(wàn)億電子伏特伽馬射線爆發(fā)全過(guò)程，這是人類從未有過(guò)的壯舉。實(shí)際上，《科學(xué)》雜志對(duì)這篇論文確實(shí)給予了特殊照顧，通過(guò)“加塞”的方式，把發(fā)表時(shí)間大大提前了，從投稿到發(fā)表用了不到3個(gè)月。
記者：“拉索”的觀測(cè)研究結(jié)果究竟有何特殊之處？
曹臻：這次觀測(cè)非常漂亮?！袄鳌笔占降男盘?hào)細(xì)節(jié)表明，觀測(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，是初始階段的巨大的爆炸，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的低能的伽馬射線輻射。接近于光速的爆炸物與周?chē)h(huán)境氣體碰撞則產(chǎn)生后隨爆炸，也稱為余輝?！袄鳌笔状尉_地觀測(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。其中，流量衰減階段出現(xiàn)明顯拐折，流量快速減小，可以推測(cè)此次爆炸的拋射物是噴流狀的結(jié)構(gòu)，噴流張角極小，我們正好看到了噴流最明亮的核心，解釋了為什么此次伽馬射線暴如此之亮。而在流量增強(qiáng)階段，“拉索”首次觀測(cè)到了極速增強(qiáng)的現(xiàn)象，在最初不到兩秒的時(shí)間內(nèi)，流量增強(qiáng)了100多倍，超出了以往理論模型的預(yù)期。
“拉索”觀測(cè)伽馬射線暴221009A的概念圖（中科院高能所供圖）
這項(xiàng)成果，源于“守株待兔”
記者：為什么只有“拉索”做到了？
曹臻：運(yùn)氣太好了！作為地面觀測(cè)站，“拉索”是“守株待兔”式的觀測(cè)，GRB 221009A恰好落在了“拉索”的最佳觀測(cè)視場(chǎng)范圍內(nèi)。要是錯(cuò)過(guò)了，人類可能還要等上千年甚至上萬(wàn)年。去年10月9日，我正在歐洲的一處觀測(cè)站交流，那是已經(jīng)建成10多年的觀測(cè)站，設(shè)立初衷就是觀測(cè)伽馬射線暴。得知史上最亮的伽馬射線暴落在了“拉索”的頭上，這個(gè)觀測(cè)站的負(fù)責(zé)人開(kāi)玩笑說(shuō)，上帝太偏心了。
當(dāng)然，除了運(yùn)氣，我們“拉索”也充分發(fā)揮了靈敏度高的優(yōu)勢(shì)，對(duì)這次持續(xù)幾百秒的伽馬射線暴，從第一秒開(kāi)始就精確記錄，得到了完整、準(zhǔn)確的觀測(cè)數(shù)據(jù)。所以天文學(xué)家們也說(shuō)，這是人類的幸運(yùn)——宇宙中最靚麗的煙花，恰好被人類最清晰的攝像頭捕捉到了。
記者：“拉索”是如何做到的？
曹臻：“拉索”是以宇宙線觀測(cè)研究為核心的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，位于四川省稻城縣海子山，平均海拔4410米，占地面積約1.36平方公里。本次觀測(cè)成果主要由其中的水切倫科夫探測(cè)器陣列提供，該陣列具有寬視場(chǎng)、全天候的特點(diǎn)，對(duì)伽馬射線暴這樣的突發(fā)天體現(xiàn)象的觀測(cè)具有突出的優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)伽馬射線進(jìn)入地球大氣層，會(huì)產(chǎn)生次級(jí)產(chǎn)物伽馬光子，這次我們?cè)谡麄€(gè)伽馬射線暴的10多分鐘內(nèi)收集到了6萬(wàn)多個(gè)伽馬光子，超過(guò)了過(guò)去幾年對(duì)宇宙“標(biāo)準(zhǔn)燭光”蟹狀星云的觀測(cè)積累。對(duì)比其它實(shí)驗(yàn)裝置，甚至是專門(mén)設(shè)計(jì)來(lái)追蹤伽馬射線暴的設(shè)備，它們測(cè)到的伽馬光子數(shù)目?jī)H在千個(gè)以下的水平，且都只測(cè)到了爆炸過(guò)后60秒以后的“余輝”，所以“拉索”的觀測(cè)是獨(dú)一無(wú)二的完整、精確。
這項(xiàng)成果，提升人類對(duì)宇宙新認(rèn)識(shí)
記者：我們?yōu)槭裁匆芯抠ゑR射線暴？
曹臻：科學(xué)研究的基本方法就是大膽假設(shè)、小心求證，人類對(duì)宇宙的認(rèn)知也要通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明之后才能稱之為真理。而伽馬射線暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆炸現(xiàn)象，其幾秒鐘輻射的能量相當(dāng)于太陽(yáng)100億年輻射能量的總和。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的研究，人們認(rèn)識(shí)到伽馬射線暴產(chǎn)生于特別極端的物理環(huán)境，比如極高的磁場(chǎng)、極強(qiáng)的引力、極快的速度等等，伽馬射線暴由此成為天體物理甚至基礎(chǔ)物理領(lǐng)域青睞的極端物理實(shí)驗(yàn)室。人們期望利用伽馬射線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，而在這之前必須對(duì)伽馬射線暴自身的物理起源具備深刻的了解。
記者：這次觀測(cè)研究成果有何重要意義？
曹臻：這是人類第一次完整記錄大質(zhì)量恒星死亡瞬間萬(wàn)億電子伏特伽馬射線爆發(fā)全過(guò)程，將大大增進(jìn)人類對(duì)伽馬射線暴輻射機(jī)制以及噴流結(jié)構(gòu)等方面的理解。這次觀測(cè)，已經(jīng)解答了科學(xué)家的一些疑惑，讓不少問(wèn)題迎刃而解。截至當(dāng)下，本場(chǎng)爆炸事件還有其它的許多新發(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。鑒于此次爆發(fā)千年不遇的稀缺性，這個(gè)觀測(cè)結(jié)果預(yù)期將在今后幾十甚至上百年內(nèi)將保持最佳。不少國(guó)內(nèi)外的科學(xué)家都跟我說(shuō)，在編撰最新的伽馬射線暴領(lǐng)域教科書(shū)的時(shí)候，這次觀測(cè)研究成果會(huì)被收錄進(jìn)去，成為人類探索宇宙奧秘的又一塊基石。
引自川觀新聞2023.6.9版 原地址：https://cbgc.scol.com.cn/news/4228377?time=1686223954127
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