GRB 221009A爆發(fā)時刻在LHAASO視場中的位置。 中科院高能所 供圖
中新社北京10月16日電 (記者 孫自法)中國科學(xué)院高能物理研究所(中科院高能所)負責(zé)建設(shè)和運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，同時探測到迄今最亮的編號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記錄。
“慧眼”衛(wèi)星觀測迄今最亮的伽馬射線暴GRB 221009A，綠色點線代表望遠鏡指向的掃描軌跡。 中科院高能所 供圖
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，于北京時間10月9日21時17分被該所三大科學(xué)裝置同時探測到。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60年代。伽馬射線暴短至幾毫秒，長達數(shù)小時，釋放的能量超過太陽在其一生輻射能量的總和。持續(xù)時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)時間較短的伽馬射線暴則產(chǎn)生于兩個致密天體(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”的成功建造和運行占據(jù)國際領(lǐng)先地位，使中國首次實現(xiàn)對伽馬射線暴的天地多手段聯(lián)合觀測，并獨家實現(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)的多譜段精細測量，跨越9個量級。
高能物理學(xué)家認為，這些觀測結(jié)果打破了多項伽馬射線暴觀測的記錄，對于揭示伽馬射線暴的爆發(fā)機制具有重要價值。
及時向國際發(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)估計幾十年甚至百年才出現(xiàn)一次。在過去半個多世紀探測到的數(shù)千個伽馬射線暴中，最高能量光子達到大約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，最高光子能量達到18萬億電子伏。
GRB 221009A伽馬射線暴發(fā)生后，“拉索”實驗中科院高能所團隊在首席科學(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”觀測運行團隊、載荷團隊和數(shù)據(jù)分析團隊，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，并及時啟動機遇觀測。在項目團隊密切協(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，這些測量對宇宙中存在的背景光場等基本物理參數(shù)和模型將做出強烈的限制，預(yù)計會產(chǎn)生重要的認知水平的提升。
對建立伽馬射線暴爆發(fā)機制模型極為重要
中科院高能所研究團隊表示，這次“拉索”在千億電子伏以上的甚高能區(qū)記錄到幾萬個光子信號，將給出伽馬射線暴最高能段的光變曲線最精細的測量。憑借先進的探測器設(shè)計，“高能爆發(fā)探索者”成功對GRB 221009A伽馬射線暴的軟伽馬射線光變特征進行高精度觀測，完美展現(xiàn)出初期爆發(fā)和后隨閃耀的演化過程。“慧眼”衛(wèi)星的高能、中能和低能X射線望遠鏡首次在伽馬射線暴觀測中同時探測到信號，而且因為“慧眼”衛(wèi)星當時正在掃描觀測該天區(qū)，從而對這個迄今最亮伽馬射線暴的余輝進行了及時監(jiān)測。這些能量相差上十億倍的測量結(jié)果，對于建立正確的伽馬射線暴爆發(fā)機制模型極為重要。
“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)運行，是目前世界上靈敏度最高的超高能伽馬射線天文臺，其運行開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”觀測時代。捕捉和高統(tǒng)計量觀測伽馬射線暴是“拉索”重要科學(xué)目標之一，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，為完成該項科學(xué)目標奠定了強大的觀測基礎(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)試驗衛(wèi)星的主要科學(xué)載荷之一，它采用“懷柔一號”衛(wèi)星所開創(chuàng)的新型探測技術(shù)以及基于北斗短報文的準實時星地通訊方案，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。(完)