這是對恒星死亡瞬間發(fā)出伽馬暴的一次完整記錄。記錄者是我國大科學(xué)裝置高海拔宇宙線觀測站（簡稱“拉索”），解讀者為“拉索”國際合作組。
約20億年前，一顆比太陽重20多倍的大質(zhì)量恒星，在死亡瞬間坍縮爆炸，綻放出了一個(gè)持續(xù)幾百秒的宇宙級“煙花”——伽馬暴。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，于2022年10月9日晚上21時(shí)20分50秒抵達(dá)“拉索”的視場范圍，6萬多個(gè)伽馬光子被“拉索”收集到。
經(jīng)過科學(xué)家對這些光子的數(shù)月分析，20億年前爆炸事件的神秘面紗被揭開。6月9日，對于這次“完整記錄”的最新研究成果在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。
【首次精確觀測史上最亮伽馬暴余輝全過程】
伽馬暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆炸現(xiàn)象，短至千分之一秒，長則數(shù)小時(shí)，其幾秒鐘輻射的能量相當(dāng)于太陽100億年輻射能量的總和。伽馬暴由此成為科學(xué)家青睞的“極端物理實(shí)驗(yàn)室”，人們期待利用伽瑪暴來研究宇宙進(jìn)化歷史、重元素的起源、以及相對論的正確性等重大問題。
自1967年發(fā)現(xiàn)首個(gè)伽馬暴以來，人類已探測到近萬例伽馬暴。2022年10月9日，全球眾多天文設(shè)施觀測到了這個(gè)迄今最亮的伽馬暴（編號GRB 221009A），其產(chǎn)生于距離地球24億光年的宇宙深處。然而，由于該伽馬暴的亮度比以往最亮伽馬暴還要高50倍，過高的光子流量使得國際上眾多探測器發(fā)生了飽和?？茖W(xué)家推斷，如此亮的伽馬暴“掃”過地球的概率是千年甚至萬年一次。這意味著，對于“千年一遇”的這次伽馬暴的諸多細(xì)節(jié)，它們都沒有“看”真切。
迄今發(fā)現(xiàn)的最亮伽馬暴想象圖。
而“拉索”是此次唯一對萬億級電子伏特的伽馬射線實(shí)施觀測的探測器。鑒于此次爆發(fā)“千年一遇”的稀缺性，其觀測結(jié)果預(yù)期將在今后幾十年甚至上百年內(nèi)保持最佳。
從“拉索”收集到的信號細(xì)節(jié)看，6萬多個(gè)伽馬光子來源于“主爆”之后的“后隨爆炸”?！爸鞅保卜Q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’首次精確地觀測了余輝的完整過程?！薄袄鳌表?xiàng)目首席科學(xué)家、“拉索”國際合作組發(fā)言人、中國科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻說。如果把余輝比喻為一個(gè)胎兒，對于其從受精卵到呱呱落地，“拉索”做了一個(gè)全過程的B超監(jiān)測。
【這次觀測及其結(jié)果將被寫入教科書】
這一次，“拉索”看到了什么細(xì)節(jié)？有何新的發(fā)現(xiàn)？
“‘拉索’首次探測到余輝早期的光子流量極速增強(qiáng)過程，相當(dāng)于看到了余輝是怎么啟動的。”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。不到兩秒的時(shí)間內(nèi)流量增強(qiáng)了100多倍，這一現(xiàn)象超出了以往理論模型的預(yù)期。
“拉索”發(fā)現(xiàn)了該伽馬暴史上最亮的秘密。伽馬暴發(fā)生時(shí)，會通過極強(qiáng)引力吞噬周圍物質(zhì)并以接近光速噴射物質(zhì)，形成一對相反方向的噴流?！袄鳌鼻逦^測到，該伽馬暴起爆之后不到10分鐘的某個(gè)時(shí)刻，亮度突然快速減弱?！斑@一亮度轉(zhuǎn)折出現(xiàn)得非常早，表明其噴流的張角極小，僅0.8度。這是人類迄今探測到的最狹窄噴流，可以解釋該伽馬暴為何看上去如此明亮?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧弧⒛暇┐髮W(xué)教授王祥玉說。
如此精細(xì)完整的高能量光變曲線測量將被寫進(jìn)教科書，這些發(fā)現(xiàn)也將會改變教科書中關(guān)于伽馬暴的論述。
【“這是一項(xiàng)非凡的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，值得迅速發(fā)表”】
在“拉索”大顯身手之際，曹臻正好在歐洲出差，國外同行羨慕地說：“你們運(yùn)氣太好了，我們等了20年都沒有看到?！?/p>
確實(shí)有運(yùn)氣的成分。此次史上最亮伽馬暴事件中，“拉索”是世界上唯一正對射線源的地面探測器，伽馬射線恰好落在其最佳觀測視場范圍內(nèi)。
從高空俯瞰“拉索”
但機(jī)遇只垂青有準(zhǔn)備的人，“拉索”也在等待這一刻的到來。它位于平均海拔4410米的四川省稻城縣海子山，從獲批立項(xiàng)到2021年全部投入運(yùn)行，僅用了不到6年的時(shí)間。
當(dāng)伽馬射線進(jìn)入大氣層，會產(chǎn)生許多次級粒子，就像一場粒子“陣雨”?！袄鳌豹q如全年無休的“集雨”裝置，且與世界同類裝置相比，規(guī)模最大、靈敏度最高。“不同于望遠(yuǎn)鏡一眼只能看一個(gè)‘點(diǎn)’，它‘看’一眼，能看到六分之一的天空?！辈苷榕d奮地說，“‘拉索’的探測質(zhì)量實(shí)在是太好了，即使一個(gè)光子都能捕捉到?！?/p>
“拉索”不負(fù)眾望。相關(guān)論文從投稿到上線僅用了3個(gè)多月，國際同行也都翹首以盼。審稿專家評價(jià)，“這是一項(xiàng)非凡的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，值得迅速發(fā)表……它有可能成為該領(lǐng)域中引用最多的論文之一。通過這個(gè)‘千年一遇’的事件為伽馬暴提供了一個(gè)全新的視角。”
引自上觀新聞2023.6.9版 原地址：https://www.shobserver.com/staticsg/res/html/web/newsDetail.html?id=620705
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