中新社北京10月16日電 中國科學(xué)院高能物理研究所(中科院高能所)負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)行管理的中國高海拔宇宙線觀測站(LHAASO，昵稱“拉索”)、“高能爆發(fā)探索者”(HEBS)和“慧眼”衛(wèi)星(Insight-HXMT)等三大科學(xué)裝置，近日通過天地聯(lián)合，同時(shí)探測到迄今最亮的編號(hào)GRB 221009A伽馬射線暴，打破了伽馬射線暴光子最高能量、最亮伽馬射線等人類觀測宇宙中伽馬射線暴的多項(xiàng)記錄。

比以往最亮伽馬射線暴亮10倍以上

中科院高能所介紹說，史上最亮的GRB 221009A伽馬射線暴，于北京時(shí)間10月9日21時(shí)17分被該所三大科學(xué)裝置同時(shí)探測到。本次觀測中，“拉索”將伽馬射線暴光子最高能量記錄提升近20倍，在國際上首次打開10萬億電子伏波段的伽馬射線暴觀測窗口，并與“慧眼”衛(wèi)星和“高能爆發(fā)探索者”觀測一起，發(fā)現(xiàn)這個(gè)宇宙事件比以往人類觀測到的最亮伽馬射線暴亮了10倍以上。

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)于上世紀(jì)60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(如黑洞或中子星)合并爆炸，后者還可能伴隨發(fā)射引力波。

得益于中科院高能所近些年天地一體化觀測能力建設(shè)的高速發(fā)展，尤其是“拉索”的成功建造和運(yùn)行占據(jù)國際領(lǐng)先地位，使中國首次實(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)從最高的十幾萬億電子伏光子(“拉索”)到百萬電子伏伽馬射線(“高能爆發(fā)探索者”)和千電子伏X-射線(“慧眼”衛(wèi)星)的多譜段精細(xì)測量，跨越9個(gè)量級(jí)。

高能物理學(xué)家認(rèn)為，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。

及時(shí)向國際發(fā)布觀測結(jié)果引發(fā)巨大反響

中科院高能所指出，此次觀測到的GRB 221009A伽馬射線暴，其高強(qiáng)度的爆發(fā)發(fā)生在距離地球20多億光年處，如此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。“拉索”本次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18萬億電子伏。

GRB 221009A伽馬射線暴發(fā)生后，“拉索”實(shí)驗(yàn)中科院高能所團(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)(GCN)向國際同行發(fā)布初步觀測結(jié)果。進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析和科學(xué)研究正由“拉索”國際合作組成員全力開展。中科院高能所“慧眼”衛(wèi)星和“高能爆發(fā)探索者”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“高能爆發(fā)探索者”項(xiàng)目首席科學(xué)家熊少林研究員的帶領(lǐng)下，正迅速投入觀測分析，并及時(shí)啟動(dòng)機(jī)遇觀測。在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)密切協(xié)作下，“慧眼”衛(wèi)星和“高能爆發(fā)探索者”已得到初步分析結(jié)果，并通過天文電報(bào)和伽馬射線暴協(xié)同觀測網(wǎng)向國際同行發(fā)布。

中國科學(xué)家探測到迄今最亮伽馬射線暴的結(jié)果已在國際上引發(fā)巨大反響，大量相關(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)會(huì)產(chǎn)生重要的認(rèn)知水平的提升。

　對(duì)建立伽馬射線暴爆發(fā)機(jī)制模型極為重要

中科院高能所研究團(tuán)隊(duì)表示，這次“拉索”在千億電子伏以上的甚高能區(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)，“高能爆發(fā)探索者”成功對(duì)GRB 221009A伽馬射線暴的軟伽馬射線光變特征進(jìn)行高精度觀測，完美展現(xiàn)出初期爆發(fā)和后隨閃耀的演化過程?！盎垩邸毙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)椤盎垩邸毙l(wèi)星當(dāng)時(shí)正在掃描觀測該天區(qū)，從而對(duì)這個(gè)迄今最亮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。

“拉索”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，由中國自主提出并設(shè)計(jì)建造。該觀測站位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，主體工程于2021年7月完成建設(shè)并投入科學(xué)運(yùn)行，是目前世界上靈敏度最高的超高能伽馬射線天文臺(tái)，其運(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“拉索”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“拉索”視場的中心附近，為完成該項(xiàng)科學(xué)目標(biāo)奠定了強(qiáng)大的觀測基礎(chǔ)。

“慧眼”衛(wèi)星是中國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，于2017年6月發(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”于2022年7月發(fā)射，是中國近期發(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，它采用“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)。“高能爆發(fā)探索者”目前處于在軌測試階段，預(yù)期將獲得更多重要成果。(記者 孫自法)