【環(huán)球時(shí)報(bào)-環(huán)球網(wǎng)報(bào)道 記者 樊巍】一顆質(zhì)量是太陽(yáng)20余倍的“超級(jí)太陽(yáng)”恒星，在約20億年前其核聚變?nèi)剂先紵M，在坍縮的瞬間引發(fā)了巨大的爆炸火球，產(chǎn)生了一個(gè)持續(xù)幾百秒的巨大“宇宙煙花”伽馬射線暴（以下簡(jiǎn)稱(chēng)伽馬暴）?；鹎蚺c星際物質(zhì)碰撞產(chǎn)生的大量萬(wàn)億電子伏特高能伽馬光子穿過(guò)茫茫宇宙，徑直飛向地球，最終于2022年10月9日晚上21時(shí)20分50秒剛好抵達(dá)中國(guó)高海拔宇宙線觀測(cè)站“拉索”（LHAASO）的視場(chǎng)范圍，在這場(chǎng)萬(wàn)年難遇的天文現(xiàn)象中，約6萬(wàn)多個(gè)伽馬光子被“拉索”收集到。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的分析，科學(xué)家們終于揭開(kāi)了這場(chǎng)爆炸事件的神秘面紗。相關(guān)觀測(cè)研究成果于2023年6月9日在線發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)科學(xué)雜志《科學(xué)》（Science）。參與該項(xiàng)研究的中國(guó)科學(xué)家近日在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)激動(dòng)之情依舊溢于言表，在這場(chǎng)人類(lèi)有史以來(lái)觀測(cè)到的最亮的伽馬暴過(guò)程中，有望產(chǎn)生許多“顛覆性”的發(fā)現(xiàn)，相關(guān)專(zhuān)家表示，此次觀測(cè)研究成果將是一次“教科書(shū)級(jí)別”的成果。

　　“真的非常幸運(yùn)”

　　伽馬暴是天體物理學(xué)界公認(rèn)的宇宙中最劇烈的爆發(fā)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。而經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的研究，人們認(rèn)識(shí)到伽馬暴產(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)伽馬暴自身的物理起源具備深刻的了解。

　　“太陽(yáng)同等質(zhì)量恒星的’死亡‘，也只會(huì)是一個(gè)’悄無(wú)聲息‘的過(guò)程，它會(huì)慢慢失去亮度，變成一顆白矮星，而大質(zhì)量恒星的死亡，即便是一個(gè)很’輝煌‘的過(guò)程，造就一顆超新星，也不一定會(huì)出現(xiàn)伽馬暴。”“拉索”首席科學(xué)家、中科院高能物理所研究員曹臻近日在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)，用“非常幸運(yùn)”形容此次“拉索”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)的全過(guò)程。

　　在曹臻看來(lái)這絕對(duì)是一次概率極小的事件，一場(chǎng)持續(xù)幾百秒的極亮伽瑪暴，在經(jīng)過(guò)20億年的“飛行”來(lái)到地球，“拉索”是世界上唯一一個(gè)正對(duì)伽瑪暴射線源的地面探測(cè)器，因此得以完美地捕捉到了這場(chǎng)天文奇觀。相較而言，德國(guó)的“神奇伽馬射線望遠(yuǎn)鏡“（MAGIC）需要跟隨地球自轉(zhuǎn)六個(gè)小時(shí)才能獲得觀測(cè)這場(chǎng)極亮伽瑪暴的視場(chǎng)，而那時(shí)一切早已結(jié)束。

　　北京師范大學(xué)天文系高鶴教授介紹稱(chēng)，迄今為止已有上萬(wàn)個(gè)伽馬暴被人類(lèi)捕獲，而每一次對(duì)伽馬暴認(rèn)知的突破幾乎都得益于一些特殊事例的觀測(cè)。在2022年10月9日的夜晚，這個(gè)后來(lái)被命名為GRB221009A的伽瑪暴被探測(cè)到，這也是有記錄以來(lái)最亮的伽馬暴，科學(xué)家推斷如此亮的伽馬暴掃過(guò)地球的概率是萬(wàn)年一次。這一次人類(lèi)是極其幸運(yùn)的，因?yàn)镚RB221009A恰好落在了“拉索”的最佳觀測(cè)范圍內(nèi)。“拉索”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(lèi)對(duì)伽馬暴輻射機(jī)制以及噴流結(jié)構(gòu)等方面的理解。

　　在談及此次發(fā)現(xiàn)的重大意義時(shí)，論文通訊作者之一，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授戴子高告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，科學(xué)家在研究自然規(guī)律時(shí)傾向于去研究極端條件下的自然規(guī)律，因?yàn)槌Ｒ?guī)條件下的自然規(guī)律科學(xué)家可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法去進(jìn)行研究，而伽瑪暴就相當(dāng)于提供了一個(gè)極端物理?xiàng)l件下的“實(shí)驗(yàn)室”，通過(guò)這個(gè)“實(shí)驗(yàn)室”我們可以觀測(cè)到各種頻段的電磁波輻射、引力波輻射、重粒子輻射等等，從而去認(rèn)識(shí)極端物理?xiàng)l件下的規(guī)律，“這些規(guī)律用我們以往的知識(shí)能否解釋?zhuān)绻荒芙忉專(zhuān)敲淳鸵品f的認(rèn)識(shí)，去開(kāi)展新的認(rèn)識(shí)，而這就是不斷去認(rèn)識(shí)自然的一種方法?！贝髯痈叻Q(chēng)。

　　與此同時(shí)戴子高指出，“拉索”的此次觀測(cè)又凸顯了特殊的意義。他將此次伽馬射線暴現(xiàn)象比喻成一個(gè)“胚胎”，“拉索”此次采用的TeV觀測(cè)則完整地發(fā)現(xiàn)這個(gè)“胚胎”是如何從一個(gè)“受精卵”最后成長(zhǎng)為一個(gè)“胎兒”的過(guò)程，“TeV觀測(cè)就相當(dāng)于是一個(gè)’B超‘，去準(zhǔn)確地觀察這個(gè)過(guò)程，這也是我們第一次如此完整的去認(rèn)識(shí)到這樣一個(gè)過(guò)程。”戴子高稱(chēng)。

　　此次觀測(cè)收獲多項(xiàng)“首次發(fā)現(xiàn)”

　　目前，“拉索”已經(jīng)從這場(chǎng)伽瑪射線暴中記錄到6萬(wàn)多個(gè)伽馬光子，曹臻表示，這是一個(gè)驚人的數(shù)據(jù)，這體現(xiàn)出此次觀測(cè)到的伽瑪暴的亮度非?？捎^，因?yàn)橄竦聡?guó)的神奇伽馬射線望遠(yuǎn)鏡這樣的高能探測(cè)器唯一一次，也是最高紀(jì)錄也只能探測(cè)到不到一千個(gè)光子。“像蟹狀星云這種’標(biāo)準(zhǔn)燭光‘，我們收集了三年的數(shù)據(jù)還不及這一次幾百秒內(nèi)我們搜集到數(shù)據(jù)。記錄到了6萬(wàn)多個(gè)伽馬光子，這意味著我們可以做非常精細(xì)的研究，能夠看到這場(chǎng)伽馬暴的一些非常細(xì)致的結(jié)構(gòu)，這都是前所未有的。”

　　據(jù)了解，此次觀測(cè)中，“拉索”首次精確測(cè)量高能光子爆發(fā)的完整過(guò)程?！袄鳌笔占降男盘?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(chēng)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。而接近于光速的爆炸物與周?chē)h(huán)境氣體碰撞就會(huì)產(chǎn)生“后隨爆炸”，也稱(chēng)為余輝。

　　“‘拉索’首次精確地觀測(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?！?曹臻表示，憑借對(duì)上萬(wàn)個(gè)伽馬射線暴的觀測(cè)，科學(xué)家們已經(jīng)建立了似乎完美的理論模型，甚至于對(duì)它深信不疑了?！袄鳌睂?shí)現(xiàn)了其它實(shí)驗(yàn)沒(méi)有達(dá)到的高能量波段光變過(guò)程的教科書(shū)式的完整觀測(cè)，對(duì)理論模型的精確檢驗(yàn)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。鑒于此次爆發(fā)萬(wàn)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。

　　此外，“拉索”還首次測(cè)量到高能光子流量快速增強(qiáng)的過(guò)程。該論文通訊作者之一、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員姚志國(guó)介紹稱(chēng)，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)。在不到兩秒的時(shí)間內(nèi)流量增強(qiáng)了100多倍，但之后的緩慢增漲行為卻符合后隨爆炸的預(yù)期特征。

　　“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。究竟存在著什么樣的機(jī)制？相信此次發(fā)表的觀測(cè)結(jié)果將會(huì)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?！币χ緡?guó)稱(chēng)。

　　在此次萬(wàn)年難遇的觀測(cè)中，“拉索”還發(fā)現(xiàn)了此次伽馬射線暴成為歷史最亮的秘密?！袄鳌庇^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。論文通訊作者之一，南京大學(xué)教授王祥玉將這種現(xiàn)象解釋為是爆炸后的拋射物是噴流狀的結(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。

　　“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。這是迄今知道的最小張角的噴流，意味著觀測(cè)到的實(shí)際上是一個(gè)典型內(nèi)亮外暗噴流的最明亮的核心。正是由于’拉索‘碰巧正對(duì)噴流最明亮的核心，自然也就解釋了為什么這個(gè)伽馬射線暴是有史以來(lái)最亮的，也進(jìn)一步解釋了為什么這樣的事件極其罕見(jiàn)?！?戴子高表示。

　　“拉索”在最高能段的記錄到的6萬(wàn)多個(gè)伽馬光子，也被認(rèn)為將會(huì)揭示更多的謎團(tuán)?！叭舭堰x擇條件降到最低，記錄到的光子數(shù)可以達(dá)到10萬(wàn)！”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表示，對(duì)比同能區(qū)其它實(shí)驗(yàn)裝置，甚至是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)來(lái)追蹤伽馬暴的設(shè)備，它們測(cè)到的光子數(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”。截止當(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，相信后續(xù)會(huì)有更多的“拉索”觀測(cè)數(shù)據(jù)分析成果。

　　“現(xiàn)階段只有中國(guó)能干成這件事”

　　在這場(chǎng)萬(wàn)年難遇的天文奇觀中，“拉索”也沒(méi)有辜負(fù)全人類(lèi)的期望。雖然許多科學(xué)家都用“極其幸運(yùn)”來(lái)形容此次觀測(cè)的罕見(jiàn)程度，但是曹臻同時(shí)指出，運(yùn)氣都是留給有準(zhǔn)備的人。當(dāng)這場(chǎng)20億年前發(fā)生的伽瑪暴來(lái)到地球時(shí)，性能卓越的“拉索”沒(méi)有錯(cuò)過(guò)這次“眷顧”。

　　“’拉索‘的特殊之處在于，在它之前，人類(lèi)還沒(méi)有如此高靈敏度的地面設(shè)備去開(kāi)展伽馬暴的探測(cè)?！辈苷楸硎?，“拉索”的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在，它首先可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷探測(cè)，其次是完全不受氣候條件影響，再者“拉索”具有大視場(chǎng)的特點(diǎn)，一次可觀測(cè)六分之一天空的范圍，而伽馬射線望遠(yuǎn)鏡一次只能觀測(cè)一個(gè)點(diǎn)，一顆星。上述這些因素加起來(lái)就使得“拉索”成為那個(gè)“幸運(yùn)兒”。

　　在此次觀測(cè)活動(dòng)中，“拉索”出色的運(yùn)行狀態(tài)也得以展現(xiàn)。曹臻介紹稱(chēng)，評(píng)價(jià)一款探測(cè)器的好壞有兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，其一是運(yùn)行時(shí)間，其二是設(shè)備的完好率，而在此前“拉索”通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收的過(guò)程中，在這兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)上，“拉索”收獲了兩個(gè)98%。“’拉索‘周轉(zhuǎn)一圈，98%的時(shí)間都在工作，只有2%的時(shí)間未能工作，這是保證我們能捕捉到萬(wàn)年一遇的天文現(xiàn)象的關(guān)鍵，此外，’拉索‘的的完好率始終保持在98%，故障率極低，這也能保證我們可以穩(wěn)定地探測(cè)到罕見(jiàn)的天文現(xiàn)象，如果沒(méi)有這些過(guò)硬的實(shí)力，我們可能就會(huì)錯(cuò)過(guò)這次天文現(xiàn)象，因?yàn)樗挥卸潭痰膸装倜??！?/p>

　　值得一提的是，位于四川省稻城縣平均海拔4410米的海子山上，占地面積約1.36平方公里的“拉索”，是由5216個(gè)電磁粒子探測(cè)器與1188個(gè)繆子探測(cè)器聯(lián)合構(gòu)成的1平方公里的地面簇射粒子探測(cè)器陣列（KM2A）、3120個(gè)探測(cè)單元構(gòu)成的78000平方米的水切倫科夫探測(cè)器陣列（WCDA）、18臺(tái)望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成的廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列這三種陣列組成。規(guī)模如此之大的“拉索”僅用四年就建成，于2021年7月全部投入運(yùn)行。

　　在曹臻看來(lái)，“拉索”恰好是在此次極亮伽馬暴到達(dá)地球之前建成投入運(yùn)行，如果施工過(guò)程中拖拖拉拉，“拉索”直到2022年才建好，就會(huì)錯(cuò)過(guò)這個(gè)萬(wàn)年一遇的觀測(cè)機(jī)會(huì)?！拔覀儍H用四年時(shí)間就建成一個(gè)如此大規(guī)模的探測(cè)器，非常不容易，在近期的一場(chǎng)十多個(gè)國(guó)家參與的國(guó)際會(huì)議上，許多國(guó)外的專(zhuān)家也向我表示，能在這么短的時(shí)間內(nèi)，建成這么大規(guī)模，這么復(fù)雜的一個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)，這個(gè)事現(xiàn)在也只有中國(guó)人才能干成?！辈苷榉Q(chēng)。

　　“拉索”在投入運(yùn)行之后采用了通用的國(guó)際合作模式，實(shí)現(xiàn)設(shè)施平臺(tái)與觀測(cè)數(shù)據(jù)的開(kāi)放共享。目前，已有32個(gè)國(guó)內(nèi)外天體物理研究機(jī)構(gòu)成為L(zhǎng)HAASO的國(guó)際合作組成員單位，成員約280人。

　　“從科學(xué)探索的角度而言，此次’拉索‘的觀測(cè)是人類(lèi)首次有機(jī)會(huì)對(duì)大質(zhì)量恒星死亡瞬間產(chǎn)生的伽馬暴發(fā)生全過(guò)程進(jìn)行精確測(cè)量?！贝髯痈哒J(rèn)為，通過(guò)這次測(cè)量科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)幾件超出人類(lèi)原先認(rèn)知的事情，迄今為止科學(xué)界還沒(méi)完全弄清楚這些現(xiàn)象?！按舜斡^測(cè)獲得的數(shù)據(jù)十分寶貴，我們將向全世界分享，供全球科學(xué)家進(jìn)行深層次的研究，對(duì)恒星爆炸過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步的探索，對(duì)伽瑪暴現(xiàn)象進(jìn)行更為清楚透徹的理解，相信一定會(huì)產(chǎn)生許多新的科研成果?！贝髯痈叻Q(chēng)。

引自環(huán)球時(shí)報(bào)2023.6.9版 原地址：https://hqtime.huanqiu.com/share/article/4DEbHwJd8yW