有記錄以來最亮的伽馬暴被探測到，科學家推斷如此亮的伽馬暴掃過地球的概率是萬年一次。這一次人類是極其幸運的，因為其恰好落在“拉索”的最佳觀測范圍內(nèi)。
約20億年前，一顆比太陽重20多倍的“超級太陽”——大質(zhì)量恒星燃燒完其核聚變?nèi)剂希查g坍縮引發(fā)巨大的爆炸火球，發(fā)出了一個持續(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21時20分50秒抵達高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，中文簡稱“拉索”）的視場范圍，6萬多個伽馬光子被“拉索”收集到。經(jīng)過幾個月的分析，科學家們終于揭開了這場爆炸事件的面紗。
記者從中國科學院高能物理研究所獲悉，6月9日，“拉索”對命名為GRB221009A的伽馬射線暴（Gamma Ray Burst，GRB）的最新觀測研究成果在線發(fā)表于《科學》（Science）雜志。
“拉索”探測伽馬射線暴（GRB221009A）藝術(shù)圖。中國科學院供圖
“拉索”“慧眼”精確探測最亮伽馬暴
伽馬射線暴（伽馬暴）是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆炸現(xiàn)象，是指來自天空中某一方向的伽馬射線突然增強的閃爍現(xiàn)象。伽馬暴短至千分之一秒，長則數(shù)小時，其幾秒鐘輻射的能量相當于太陽100億年輻射能量的總和。短時間的伽馬暴是由兩顆鄰近的致密星體（黑洞或中子星）并合產(chǎn)生，而長時間的伽馬暴是由巨大恒星（超級恒星）在燃料耗盡時塌縮爆炸產(chǎn)生。
2022年10月9日，費米衛(wèi)星（Fermi spacecraft）首先探測到一個異常明亮的伽馬暴，根據(jù)國際慣例命名為GRB221009A，后續(xù)幾十個空間和地面探測器都對此爆發(fā)進行了觀測。這個伽馬暴的亮度比以往最亮伽馬暴還要高幾十倍以上，過高的光子流量使得多個國際實驗的探測器發(fā)生了飽和。我國高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）、高能爆發(fā)探索者（HEBS）衛(wèi)星和慧眼（Insight-HXMT）衛(wèi)星同時探測到了這個伽馬暴，實現(xiàn)了跨越11個量級的寬能量范圍天地協(xié)同觀測。
首次精確觀測“后隨爆炸”完整過程
高海拔宇宙線觀測站是以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，此次觀測成果主要由其中的水切倫科夫探測器陣列提供。該探測器利用36萬噸的純凈水作為介質(zhì)，通過水底放置的6240支不同尺寸的光敏探頭，測量伽馬射線或宇宙線在大氣層中運動與作用過程的次級產(chǎn)物，如低能伽馬光子、正負電子等，它們會在水中產(chǎn)生切倫科夫光信號。
伽馬射線暴事件的“主爆”，也稱為瞬時輻射，是初始階段的巨大的爆炸，表現(xiàn)為強烈的低能的伽馬射線輻射。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。
此次，“拉索”收集到的信號細節(jié)表明，探測到的光子來源于主爆之后的“后隨爆炸”。“‘拉索’首次精確地觀測了‘后隨爆炸’的完整過程，記錄了萬億電子伏特伽馬射線流量增強和衰減的整個階段?！备吆０斡钪婢€觀測站項目首席科學家、高海拔宇宙線觀測站國際合作組發(fā)言人、中國科學院高能物理研究所研究員曹臻說。
“在后隨爆炸過程中，‘拉索’首次探測到光子流量的極速增強?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧?、中國科學院高能物理研究所研究員姚志國說，不到兩秒的時間內(nèi)流量增強了100多倍，之后的緩慢增長行為卻符合后隨爆炸的預期特征。早期如此快速的增強現(xiàn)象超出了以往理論模型的預期。此次發(fā)表的觀測結(jié)果將會引發(fā)科學界對伽馬射線暴能量注入、光子吸收、粒子加速等機制的深入探討。
“拉索”發(fā)現(xiàn)此伽馬射線暴歷史最亮秘密
“拉索”觀測表明，高能輻射在起爆之后不到10分鐘的某個時刻，亮度突然快速減弱了。“這可解釋為爆炸后的拋射物是噴流狀的結(jié)構(gòu)，當輻射張角擴展到了噴流的邊緣時造成亮度快速下降?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧?、南京大學教授王祥玉說。
由于這個亮度轉(zhuǎn)折發(fā)生時間極早，由此測出了噴流的張角也極小，僅0.8度。這是迄今知道的最小張角的噴流，意味著觀測到的實際上是一個典型內(nèi)亮外暗噴流的最明亮的核心?！罢怯捎谟^測者碰巧正對噴流最明亮的核心，自然地解釋了為什么這個伽馬射線暴是歷史上最亮的，也解釋了為什么這樣的事件極其罕見?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧?、中國科學技術(shù)大學教授戴子高表示。
北京師范大學天文系教授高鶴在評價該成果時表示，迄今為止已有上萬個伽馬暴被人類捕獲，而每一次對伽馬暴認知的突破幾乎都得益于一些特殊事例的觀測。2022年10月9日，有記錄以來最亮的伽馬暴（GRB221009A）被探測到，科學家推斷如此亮的伽馬暴掃過地球的概率是萬年一次。而這一次人類是極其幸運的，因為GRB221009A恰好落在了“拉索”的最佳觀測范圍內(nèi)?！袄鳌辈回摫娡状卧赥eV（1TeV=1萬億電子伏特）能量處給出了伽馬暴完整的光變曲線與能譜，這一觀測結(jié)果大大增進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。
引自新京報2023.6.9版原地址：https://m.bjnews.com.cn/detail/168627789014820.html
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