2022年10月9日21點(diǎn)17分（北京時(shí)間），高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，拉索）、高能爆發(fā)探索者（HEBS）和慧眼衛(wèi)星（Insight-HXMT）同時(shí)探測到迄今最亮的伽馬射線暴（編號(hào)GRB 221009A）。得益于高能所近些年在天地一體化觀測能力建設(shè)的高速發(fā)展，尤其是LHAASO的成功建造和運(yùn)行，占據(jù)了國際領(lǐng)先地位，使我國首次實(shí)現(xiàn)對(duì)伽馬射線暴的天地多手段聯(lián)合觀測，并獨(dú)家實(shí)現(xiàn)了從最高的十幾太電子伏光子（LHAASO）到兆電子伏伽馬射線（HEBS）和千電子伏X-射線（慧眼）的多譜段精細(xì)測量，跨越9個(gè)量級(jí)。在本次觀測中，LHAASO將伽馬射線暴光子最高能量記錄提升了近20倍，在國際上首次打開了10 TeV波段的伽馬射線暴觀測窗口，與慧眼衛(wèi)星和HEBS觀測一起，發(fā)現(xiàn)這個(gè)事件比以往人類觀測到的最亮伽馬射線暴亮了10倍以上。這些觀測結(jié)果打破了多項(xiàng)伽馬射線暴觀測的記錄，對(duì)于揭示伽馬射線暴的爆發(fā)機(jī)制具有重要價(jià)值。
伽馬射線暴是宇宙中最劇烈的天體爆發(fā)現(xiàn)象，首次發(fā)現(xiàn)于1960年代。伽馬射線暴短至幾毫秒，長達(dá)數(shù)小時(shí)，釋放的能量超過太陽在其一生輻射能量的總和。持續(xù)時(shí)間較長的伽馬射線暴產(chǎn)生于比太陽大幾十倍的恒星星體坍縮爆炸，而持續(xù)時(shí)間較短的伽馬射線暴則產(chǎn)生于兩個(gè)致密天體（比如黑洞或中子星）合并爆炸，后者還可能伴隨發(fā)射引力波。這次高強(qiáng)度的爆發(fā)發(fā)生在距離地球兩千多兆光年處，這么近距離的伽馬射線爆發(fā)估計(jì)幾十年甚至百年才出現(xiàn)一次。
在過去半個(gè)多世紀(jì)探測到的數(shù)千個(gè)伽馬射線暴中，最高能量光子達(dá)到大約1萬億電子伏（TeV）。本次LHAASO以無與倫比的接收度探測到大量的高能光子，最高光子能量達(dá)到18 TeV。LHAASO的探測結(jié)果已經(jīng)引發(fā)了國際上巨大的反響，大量的相關(guān)研究迅速展開，涌現(xiàn)出關(guān)于新物理可能性的許多討論。同時(shí)，這些測量對(duì)宇宙中存在的背景光場等基本物理參數(shù)和模型將做出強(qiáng)烈的限制，預(yù)計(jì)產(chǎn)生重要的認(rèn)知水平的提升。
LHAASO在百GeV以上的甚高能區(qū)記錄到幾萬個(gè)光子信號(hào)，將給出伽馬射線暴最高能段的光變曲線最精細(xì)的測量。憑借先進(jìn)的探測器設(shè)計(jì)，HEBS成功對(duì)該伽馬射線暴的軟伽馬射線光變特征進(jìn)行了高精度觀測，完美展現(xiàn)了初期爆發(fā)和后隨閃耀的演化過程?；垩坌l(wèi)星的高能、中能和低能X射線望遠(yuǎn)鏡首次在伽馬射線暴觀測中同時(shí)探測到信號(hào)，而且因?yàn)榛垩坌l(wèi)星當(dāng)時(shí)正在掃描觀測這個(gè)天區(qū)，從而對(duì)該伽馬射線暴的余輝進(jìn)行了及時(shí)監(jiān)測。這些能量相差上十億倍的測量結(jié)果，對(duì)于建立正確的伽馬射線暴爆發(fā)機(jī)制模型極為重要。
該伽馬射線暴發(fā)生后，LHAASO實(shí)驗(yàn)高能所團(tuán)隊(duì)在首席科學(xué)家曹臻研究員帶領(lǐng)下迅速展開數(shù)據(jù)分析，在爆發(fā)后不到兩天內(nèi)就通過伽馬射線暴協(xié)同觀測網(wǎng)（Gamma-ray Coordinates Network，GCN）向國際同行發(fā)布了初步觀測結(jié)果。進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析和科學(xué)研究正由LHAASO合作組成員全力開展。高能所慧眼衛(wèi)星和HEBS觀測運(yùn)行團(tuán)隊(duì)、載荷團(tuán)隊(duì)和數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊(duì)在慧眼衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南研究員和HEBS項(xiàng)目首席科學(xué)家熊少林研究員的帶領(lǐng)下，迅速投入觀測分析，并及時(shí)啟動(dòng)了機(jī)遇觀測。在團(tuán)隊(duì)的密切協(xié)作下，慧眼衛(wèi)星和HEBS已經(jīng)得到初步分析結(jié)果，并已通過天文電報(bào)（Astronomer’s Telegram）和GCN向國際同行發(fā)布。
LHAASO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，由我國自主提出并設(shè)計(jì)建造。觀測站位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，占地面積約1.36平方公里。LHAASO主體工程于2021年7月完成建設(shè)并投入科學(xué)運(yùn)行，是世界上靈敏度最高的超高能伽馬射線天文臺(tái)，LHAASO的運(yùn)行開啟了 “超高能伽馬天文學(xué)”觀測時(shí)代。捕捉和高統(tǒng)計(jì)量觀測伽馬射線暴是LHAASO的重要科學(xué)目標(biāo)之一。此次亮度空前的爆發(fā)正好發(fā)生在LHAASO視場的中心附近，為完成此項(xiàng)科學(xué)目標(biāo)奠定了強(qiáng)大的觀測基礎(chǔ)?；垩坌l(wèi)星是我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，于2017年6月15日發(fā)射運(yùn)行，在軌觀測5年多來已在黑洞、中子星、快速射電暴等方面取得一大批重要原創(chuàng)成果。高能爆發(fā)探索者（HEBS）于2022年7月27日發(fā)射，是我國近期發(fā)射的空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星的主要科學(xué)載荷之一，采用“懷柔一號(hào)”衛(wèi)星所開創(chuàng)的新型探測技術(shù)以及基于北斗短報(bào)文的準(zhǔn)實(shí)時(shí)星地通訊方案，能夠迅速下傳觀測數(shù)據(jù)。HEBS目前處于在軌測試階段，預(yù)期將獲得更多重要成果。
圖1： GRB 221009A爆發(fā)時(shí)刻在LHAASO視場中的位置。
圖2：慧眼衛(wèi)星觀測迄今最亮的伽馬射線暴（GRB 221009A）。在伽馬射線暴發(fā)生前后，慧眼衛(wèi)星恰好在對(duì)該天區(qū)進(jìn)行掃描觀測，綠色點(diǎn)線代表望遠(yuǎn)鏡指向的掃描軌跡。
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