宇宙中的背景光并不一定像我們想象的那么‘厚’，光在宇宙中的速度并不是恒定在299,792.458千米/秒，它有可能更快，也有可能更慢?！苯眨瑖?guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）”（簡(jiǎn)稱“拉索”）正式發(fā)布迄今最亮的伽馬射線暴的高能伽馬輻射精確能譜，該成果揭示出宇宙背景光在紅外波段強(qiáng)度低于預(yù)期，同時(shí)也檢驗(yàn)了愛因斯坦相對(duì)論的適用范圍，相關(guān)研究成果于美國(guó)東部時(shí)間11月15日在《科學(xué)進(jìn)展》上正式發(fā)表。
伽馬暴是來自天空中某一方向的伽馬射線突然增強(qiáng)的閃爍現(xiàn)象，是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆炸現(xiàn)象。2022年10月9日，中國(guó)“拉索”記錄到來自伽馬暴GRB 221009A高達(dá)10萬億電子伏特以上的伽馬光子，在人類長(zhǎng)達(dá)60年的伽馬暴研究歷史上具有里程碑意義。GRB 221009A是史上人類觀察到的最亮伽馬暴，產(chǎn)生于一顆比太陽重20多倍的大質(zhì)量恒星在燃料耗盡時(shí)的坍縮爆炸，此前拉索精細(xì)測(cè)量了其萬億電子伏特輻射隨時(shí)間完整的變化行為，確定了其輻射起源于余輝輻射，并揭示了此次伽馬暴歷史最亮的成因，相關(guān)成果于2023年6月在《科學(xué)》（Science）上發(fā)表。
拉索首席科學(xué)家曹臻近日向《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹稱，在人類此前得出的伽馬暴標(biāo)準(zhǔn)模型中，其余輝輻射起源于以接近光速飛行的爆炸物與周圍環(huán)境氣體物質(zhì)的碰撞，碰撞產(chǎn)生的高速激波會(huì)把電子加速到非常高的能量，這些電子進(jìn)一步撞擊周圍的光子成為高能伽馬輻射。理論上這種輻射的光子能量越高，其輻射強(qiáng)度就衰減得越快，但本次“拉索”得到的數(shù)據(jù)顯示，伽馬暴輻射一直從0.2萬億電子伏特延伸到13萬億電子伏特，能譜顯示的輻射強(qiáng)度“不降”的趨勢(shì)就對(duì)傳統(tǒng)的伽馬暴余輝標(biāo)準(zhǔn)模型提出了挑戰(zhàn)，這也預(yù)示著此次伽馬暴余輝的10萬億電子伏特左右光子可能產(chǎn)生于更復(fù)雜的粒子加速過程或者存在新的輻射機(jī)制。
曹臻進(jìn)一步介紹稱，高能伽馬暴光子在飛行時(shí)會(huì)被宇宙中彌漫的背景光吸收，伽馬暴光子能量越高被吸收得越強(qiáng)烈，反過來，根據(jù)伽馬射線被吸收的程度，也可以研究宇宙背景光的強(qiáng)度與性質(zhì)。按照目前的宇宙演化模型，1萬億電子伏特伽馬光子飛行24億光年被宇宙背景光吸收的概率約為80%，而10萬億電子伏特伽馬暴光子被吸收的概率則超過99.5%。本次基于‘拉索’測(cè)量的精確能譜，則推算出宇宙背景光對(duì)高能伽馬光的吸收低于預(yù)期，紅外波段宇宙背景光強(qiáng)度僅為現(xiàn)有宇宙學(xué)模型預(yù)期的40%左右。這一結(jié)果將促使人們重新考慮宇宙中星系的形成和演化過程。
如何更好的理解此次發(fā)現(xiàn)的這一數(shù)據(jù)，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員畢效軍向《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹稱，宇宙中的恒星會(huì)向外發(fā)光，這些恒星發(fā)射出來的光不會(huì)憑空消失掉，而是會(huì)“彌散”在整個(gè)宇宙中，會(huì)形成一種類似“迷霧”的現(xiàn)象，這也成為了宇宙的背景光。而伽馬暴射出的光子在穿過這些“迷霧”的時(shí)候會(huì)被吸收掉?！拔覀儸F(xiàn)在所觀察到的現(xiàn)象就是被這些‘迷霧’吸收的伽馬暴光子比原來預(yù)計(jì)的要少很多，實(shí)際上有更多的伽馬暴光子穿過了這些‘迷霧’，我們?cè)u(píng)估的結(jié)果是，這些迷霧實(shí)際上沒有那么‘厚’或者說那么‘濃’，‘厚度’或者‘濃度’可能只有以前的40%左右。通俗而言，就是宇宙的背景光比我們想象的更加‘透明’一些?！碑呅к姺Q。
“前段時(shí)間我在巴塞羅那訪問，在訪問的過程中，一位從事宇宙物理研究的天體物理學(xué)家就和我探討我們這項(xiàng)研究，他說你們這個(gè)觀察結(jié)果實(shí)在是令人太難以想象了，你們憑什么去判斷宇宙中‘迷霧’的厚度？因?yàn)樵谒磥磉@實(shí)際上是一件非常簡(jiǎn)單的事情，簡(jiǎn)單到去數(shù)清楚天上的星系以及測(cè)算出星系的亮度就可以了，他反問我，‘你覺得我們會(huì)把星星數(shù)錯(cuò)嗎？’作為一個(gè)專業(yè)數(shù)星星的人，他認(rèn)為確定星系的數(shù)量以及星星光亮的等級(jí)就可以決定宇宙中‘迷霧’的厚度，但現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)方法確實(shí)有問題?！辈苷楦嬖V《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者。
此次的發(fā)現(xiàn)無疑也會(huì)對(duì)此前的一些公認(rèn)的物理理論提出挑戰(zhàn)。如果標(biāo)準(zhǔn)的宇宙演化模型正確，宇宙背景光對(duì)高能伽馬光子的吸收低于理論預(yù)期，這也可能意味著存在某種超出當(dāng)前粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理機(jī)制。例如被認(rèn)為是愛因斯坦狹義相對(duì)論基礎(chǔ)的洛倫茲對(duì)稱性有可能就要被破壞?！皭垡蛩固瓜鄬?duì)論的基本前提之一就是假設(shè)光速——約為299,792.458千米/秒——是一個(gè)常數(shù)，是不變的，而在現(xiàn)有的發(fā)現(xiàn)中，光就不再是個(gè)常數(shù)了，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)際上的光速可能比此前我們認(rèn)定的光速要略慢一些，這就會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的相對(duì)論理論造成破壞，這個(gè)破壞實(shí)際上有兩種，一種破壞是實(shí)際光速比我們認(rèn)為的光速更快一些，形成一種超光速，還有一種就是更慢一些，而我們現(xiàn)在所觀察到的現(xiàn)象就是更慢一些?！碑呅к娤颉董h(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹稱。
中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員陳松戰(zhàn)則向《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，可以說愛因斯坦的相對(duì)論在低能物理情況下是正確的，然而在高能物理情況下它可能就不太適用了，而現(xiàn)在所要檢驗(yàn)的就是，究竟在多高能的情況下這種理論會(huì)被破壞。如今拉索發(fā)布了最亮伽馬暴的精確伽馬光子能譜，開啟了新物理探索之門，預(yù)期將會(huì)引發(fā)更多相關(guān)物理研究。
據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，作為國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的“拉索”，位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，是由5216個(gè)電磁粒子探測(cè)器和1188個(gè)繆子探測(cè)器組成的一平方公里地面簇射粒子探測(cè)器陣列、7.8萬平方米水切倫科夫探測(cè)器陣列以及由18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡組成的復(fù)合陣列。拉索于2021年7月建成并開始高質(zhì)量穩(wěn)定運(yùn)行，是國(guó)際上最靈敏的超高能伽馬射線探測(cè)裝置，具有大視場(chǎng)和全天候的特點(diǎn)，每天可以監(jiān)視2/3的天區(qū)范圍，這次發(fā)現(xiàn)充分體現(xiàn)了拉索國(guó)際領(lǐng)先的靈敏度和獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
引自環(huán)球時(shí)報(bào)2023.11.16版?原地址：https://hqtime.huanqiu.com/share/article/4FNLcvaoOB3
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