約20億(yi) 年前，一顆比太陽質量大20多倍的“超級太陽”——大質量恒星燃燒完其核聚變燃料，瞬間坍縮引發巨大的爆炸火球，發出了一個(ge) 持續幾百秒的巨大“宇宙煙花”——伽馬射線暴。火球與(yu) 星際物質碰撞產(chan) 生的大量萬(wan) 億(yi) 電子伏特高能伽馬光子，穿過茫茫宇宙，徑直飛向地球，於(yu) 2022年10月9日21時20分50秒抵達我國大科學裝置高海拔宇宙線觀測站的視場範圍，6萬(wan) 多個(ge) 伽馬光子被“拉索”收集到。

　　經過幾個(ge) 月的分析後，科學家們(men) 終於(yu) 揭開了這場事件的麵紗。

　　前不久，高海拔宇宙線觀測站(LHAASO，中文簡稱“拉索”)對命名為(wei) GRB 221009A的伽馬射線暴的最新觀測研究成果，在線發表於(yu) 國際學術期刊《科學》雜誌，題為(wei) “極亮伽馬射線暴221009A窄噴流的萬(wan) 億(yi) 電子伏特餘(yu) 輝”。該論文由LHAASO國際合作組完成。

　　“拉索”首次精確測量高能光子爆發的完整過程

　　“拉索”收集到的信號細節表明，探測到的光子來源於(yu) 主爆之後的後隨爆炸。伽馬射線暴事件的“主爆”，也稱為(wei) 瞬時輻射，是初始階段的巨大的爆炸，表現為(wei) 強烈的低能的伽馬射線輻射。接近於(yu) 光速的爆炸物與(yu) 周圍環境氣體(ti) 碰撞則產(chan) 生“後隨爆炸”，也稱為(wei) 餘(yu) 輝。

　　伽馬射線暴(也簡寫(xie) 為(wei) 伽馬暴)是宇宙大爆炸之後最劇烈的天體(ti) 爆炸現象，是指來自天空中某一方向的伽馬射線突然增強的閃爍現象。伽馬暴短則千分之一秒，長則數小時。短時間的伽馬暴是由兩(liang) 顆鄰近的致密星體(ti) (黑洞或中子星)並合產(chan) 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(chan) 生。

　　“‘拉索’首次精確地觀測了後隨爆炸的完整過程，記錄了萬(wan) 億(yi) 電子伏特伽馬射線流量增強和衰減的整個(ge) 階段。”“拉索”項目首席科學家、“拉索”國際合作組發言人、中國科學院高能物理研究所研究員曹臻說。

　　憑借對上萬(wan) 個(ge) 伽馬射線暴的觀測，科學家已經建立了似乎完美的理論模型，甚至於(yu) 對它深信不疑了。團隊認為(wei) ，“拉索”實現了其他實驗沒有達到的高能量波段光變過程的教科書(shu) 式的完整觀測，對理論模型的精確檢驗提供了實驗基礎。鑒於(yu) 此次爆發千年不遇的稀缺性，這個(ge) 觀測結果預期將在今後幾十甚至上百年內(nei) 保持最佳。

　　“在後隨爆炸過程中，‘拉索’首次探測到光子流量的極速增強。”論文通訊作者之一、中國科學院高能物理研究所研究員姚誌國說。不到兩(liang) 秒的時間內(nei) 流量增強了100多倍，之後的緩慢增長行為(wei) 卻符合後隨爆炸的預期特征。早期如此快速的增強現象超出了以往理論模型的預期。究竟存在著什麽(me) 樣的機製？此次發表的觀測結果將會(hui) 引發科學界對伽馬射線暴能量注入、光子吸收、粒子加速等機製的深入探討。

　　“拉索”發現了此伽馬射線暴曆史最亮的秘密

　　“拉索”觀測表明，高能輻射在起爆之後不到10分鍾的某個(ge) 時刻，亮度突然快速減弱了。

　　“這可解釋為(wei) 爆炸後的拋射物是噴流狀的結構，當輻射張角擴展到了噴流的邊緣時造成亮度快速下降。”論文通訊作者之一、南京大學教授王祥玉說。由於(yu) 這個(ge) 亮度轉折發生時間極早，由此測出了噴流的張角也極小，僅(jin) 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(ge) 典型內(nei) 亮外暗噴流的最明亮的核心。

　　“正是由於(yu) 觀測者碰巧正對噴流最明亮的核心，自然地解釋了為(wei) 什麽(me) 這個(ge) 伽馬射線暴是曆史上最亮的，也解釋了為(wei) 什麽(me) 這樣的事件極其罕見。”論文通訊作者之一、中國科學技術大學教授戴子高表示。

　　在這個(ge) 事件持續的10分鍾內(nei) ，“拉索”記錄到的光子數超過了過去幾年對“標準燭光”蟹狀星雲(yun) 觀測積累。“若把選擇條件降到最低，光子數可以達到10萬(wan) ！”論文通訊作者之一、中國科學院高能物理研究所研究員查敏說。對比同能區其他實驗裝置，甚至是專(zhuan) 門設計來追蹤伽馬暴的設備，它們(men) 測到的光子數目僅(jin) 在千個(ge) 以下的水平，且都隻測到了爆炸過後60秒以晚的“餘(yu) 輝”。

　　美國賓州州立大學講座教授、美國藝術與(yu) 科學院院士、伽馬射線暴火球模型奠基人Peter Meszaros提到，得益於(yu) “拉索”巨大的觀測麵積和先進的探測器技術，這是首次探測到TeV能區的早期餘(yu) 輝光變曲線，它們(men) 由外激波的同步輻射-自康普頓成分形成。此外，光變曲線顯示出了減速特征，給出了值約為(wei) 440的平均洛倫(lun) 茲(zi) 因子的測量結果。它還觀測到了光變曲線的截斷現象，由此可以計算出噴流張角約為(wei) 0.8度，使得噴流總能量減少至約1051 erg，與(yu) 其他伽馬射線暴一致。

　　北京師範大學天文係高鶴教授認為(wei) ，“伽馬射線暴是宇宙中最劇烈的爆發現象，其幾秒鍾輻射的能量相當於(yu) 太陽100億(yi) 年輻射能量的總和。經過半個(ge) 世紀的研究，人們(men) 認識到伽馬暴產(chan) 生於(yu) 特別極端的物理環境，比如極高的磁場、極強的引力，極快的速度等等，伽馬暴由此成為(wei) 天體(ti) 物理甚至基礎物理領域青睞的極端物理實驗室。”

　　他進一步解釋，人們(men) 期望利用伽馬暴研究宇宙的演化曆史、重元素的起源以及相對論的正確性等重大問題，而在這之前必須對伽馬暴自身的物理起源具備深刻的了解。

　　“截至當下，本場事件還有其他的許多新發現，科學家還在不懈地深耕‘拉索’的數據，力圖揭示更多的奧秘，敬請等待‘拉索’的後續數據分析成果。”曹臻對“拉索”下一階段成果給出了樂(le) 觀的預期。

　　中青報·中青網見習(xi) 記者 楊潔 來源：中國青年報