
這是對恒星死亡瞬間發(fā)出伽馬暴的一次完整記錄。記錄者是我國大科學裝置高海拔宇宙線觀測站(簡稱“拉索”),解讀者為“拉索”國際合作組。
約20億年前,一顆比太陽重20多倍的大質(zhì)量恒星,在死亡瞬間坍縮爆炸,綻放出了一個持續(xù)幾百秒的宇宙級“煙花”——伽馬暴。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日晚上21時20分50秒抵達“拉索”的視場范圍,6萬多個伽馬光子被“拉索”收集到。
經(jīng)過科學家對這些光子的數(shù)月分析,20億年前爆炸事件的神秘面紗被揭開。6月9日,對于這次“完整記錄”的最新研究成果在線發(fā)表于國際學術期刊《科學》。
【首次精確觀測史上最亮伽馬暴余輝全過程】
伽馬暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆炸現(xiàn)象,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。伽馬暴由此成為科學家青睞的“極端物理實驗室”,人們期待利用伽瑪暴來研究宇宙進化歷史、重元素的起源、以及相對論的正確性等重大問題。
自1967年發(fā)現(xiàn)首個伽馬暴以來,人類已探測到近萬例伽馬暴。2022年10月9日,全球眾多天文設施觀測到了這個迄今最亮的伽馬暴(編號GRB 221009A),其產(chǎn)生于距離地球24億光年的宇宙深處。然而,由于該伽馬暴的亮度比以往最亮伽馬暴還要高50倍,過高的光子流量使得國際上眾多探測器發(fā)生了飽和。科學家推斷,如此亮的伽馬暴“掃”過地球的概率是千年甚至萬年一次。這意味著,對于“千年一遇”的這次伽馬暴的諸多細節(jié),它們都沒有“看”真切。

迄今發(fā)現(xiàn)的最亮伽馬暴想象圖。
而“拉索”是此次唯一對萬億級電子伏特的伽馬射線實施觀測的探測器。鑒于此次爆發(fā)“千年一遇”的稀缺性,其觀測結果預期將在今后幾十年甚至上百年內(nèi)保持最佳。
從“拉索”收集到的信號細節(jié)看,6萬多個伽馬光子來源于“主爆”之后的“后隨爆炸”?!爸鞅?,也稱為瞬時輻射,是初始階段的巨大爆炸,表現(xiàn)為強烈的低能伽馬射線輻射。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”。
“‘拉索’首次精確地觀測了余輝的完整過程?!薄袄鳌表椖渴紫茖W家、“拉索”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。如果把余輝比喻為一個胎兒,對于其從受精卵到呱呱落地,“拉索”做了一個全過程的B超監(jiān)測。
【這次觀測及其結果將被寫入教科書】
這一次,“拉索”看到了什么細節(jié)?有何新的發(fā)現(xiàn)?
“‘拉索’首次探測到余輝早期的光子流量極速增強過程,相當于看到了余輝是怎么啟動的?!闭撐耐ㄓ嵶髡咧弧⒅袊茖W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,這一現(xiàn)象超出了以往理論模型的預期。
“拉索”發(fā)現(xiàn)了該伽馬暴史上最亮的秘密。伽馬暴發(fā)生時,會通過極強引力吞噬周圍物質(zhì)并以接近光速噴射物質(zhì),形成一對相反方向的噴流?!袄鳌鼻逦^測到,該伽馬暴起爆之后不到10分鐘的某個時刻,亮度突然快速減弱?!斑@一亮度轉(zhuǎn)折出現(xiàn)得非常早,表明其噴流的張角極小,僅0.8度。這是人類迄今探測到的最狹窄噴流,可以解釋該伽馬暴為何看上去如此明亮?!闭撐耐ㄓ嵶髡咧?、南京大學教授王祥玉說。
如此精細完整的高能量光變曲線測量將被寫進教科書,這些發(fā)現(xiàn)也將會改變教科書中關于伽馬暴的論述。
【“這是一項非凡的實驗結果,值得迅速發(fā)表”】
在“拉索”大顯身手之際,曹臻正好在歐洲出差,國外同行羨慕地說:“你們運氣太好了,我們等了20年都沒有看到?!?/p>
確實有運氣的成分。此次史上最亮伽馬暴事件中,“拉索”是世界上唯一正對射線源的地面探測器,伽馬射線恰好落在其最佳觀測視場范圍內(nèi)。

從高空俯瞰“拉索”
但機遇只垂青有準備的人,“拉索”也在等待這一刻的到來。它位于平均海拔4410米的四川省稻城縣海子山,從獲批立項到2021年全部投入運行,僅用了不到6年的時間。
當伽馬射線進入大氣層,會產(chǎn)生許多次級粒子,就像一場粒子“陣雨”。“拉索”猶如全年無休的“集雨”裝置,且與世界同類裝置相比,規(guī)模最大、靈敏度最高。“不同于望遠鏡一眼只能看一個‘點’,它‘看’一眼,能看到六分之一的天空。”曹臻興奮地說,“‘拉索’的探測質(zhì)量實在是太好了,即使一個光子都能捕捉到。”
“拉索”不負眾望。相關論文從投稿到上線僅用了3個多月,國際同行也都翹首以盼。審稿專家評價,“這是一項非凡的實驗結果,值得迅速發(fā)表……它有可能成為該領域中引用最多的論文之一。通過這個‘千年一遇’的事件為伽馬暴提供了一個全新的視角。”
引自上觀新聞2023.6.9版 原地址:https://www.shobserver.com/staticsg/res/html/web/newsDetail.html?id=620705