中新網(wǎng)北京3月29日電 (記者 孫自法)作為宇宙大爆炸之后最劇烈的爆炸現(xiàn)象，伽馬射線暴(伽馬暴)長期以來一直是天體物理學家持續(xù)跟蹤觀測和聚焦研究的重要領域。

發(fā)現(xiàn)迄今最大亮度伽馬暴

中國科學院高能物理研究所(中科院高能所)與全球40余家科研機構北京時間29日凌晨聯(lián)合發(fā)布，基于中國“慧眼”衛(wèi)星(Insight-HXMT)和“極目”空間望遠鏡(GECAM-C)對產(chǎn)生于距離地球24億光年宇宙深處、編號GRB 221009A伽馬暴的高精度測量，發(fā)現(xiàn)其具有迄今觀測到的最大亮度，一舉將伽馬暴的亮度紀錄提升了50倍。

(資料圖片)

通過“慧眼”“極目”在硬X射線和軟伽馬能段對GRB 221009A伽馬暴的瞬時輻射和早期余輝成功進行迄今國際最高精度的測量，不僅實現(xiàn)精確探測迄今最亮伽馬暴，而且發(fā)現(xiàn)其各向同性能量也打破紀錄，相當于在1分鐘內釋放8個太陽質量的全部能量，還揭示該伽馬暴產(chǎn)生了極為狹窄、極端明亮、接近光速運動的噴流。

本項重要研究工作由中科院粒子天體物理重點實驗室領銜來自中國、美國、意大利、法國、德國等30余家研究機構的國際合作團隊完成，相關成果論文已在預印本平臺上在線發(fā)布。中科院高能所粒子天體物理中心副主任、“極目”空間望遠鏡首席科學家熊少林研究員，中科院高能所粒子天體物理中心主任、“慧眼”衛(wèi)星首席科學家張雙南研究員，美國內華達大學拉斯維加斯分校張冰教授為論文共同通訊作者，國際合作團隊另有175人為論文署名作者。

千年一遇的天體爆發(fā)事件

研究團隊科普介紹說，伽馬暴包括兩種類型，一類產(chǎn)生于很大質量恒星的核心坍縮爆炸，持續(xù)時間通常長于2秒，此次發(fā)現(xiàn)的迄今最亮伽馬暴即屬于此類；另一類產(chǎn)生于兩顆極端致密天體(中子星、黑洞等)的合并爆炸，持續(xù)時間通常短于2秒，并同時發(fā)出引力波。

這兩類天體爆炸均能產(chǎn)生一顆黑洞或中子星等極端致密天體，其通過極強引力吞噬周圍物質并以接近光速從兩極噴射物質，形成一對相反方向的噴流。噴流內部的激波或磁重聯(lián)等過程加速帶電粒子產(chǎn)生伽馬射線輻射，稱為瞬時輻射。噴流和周圍的星際介質相互作用也能產(chǎn)生輻射，稱為余輝。只有噴流恰好對準地球時，人類才有機會探測到這些輻射。

自從1967年人類發(fā)現(xiàn)首個伽馬暴至今，科學家們已探測到近萬例伽馬暴。2022年10月9日，包括中科院高能所牽頭研制建設的空間和地面觀測設備在內，全球眾多天文設施均觀測到GRB 221009A伽馬暴，它具有極端的亮度和相對較近(距地球24億光年)的距離，從而使其成為名副其實的千年一遇的歷史性天體爆發(fā)事件。

張雙南研究員解釋說，雖然宇宙中肯定還存在亮度更高的伽馬暴，但由于其噴流正好指向地球且被探測到的機會非常難得，因此，本次研究精確探測到迄今最亮伽馬暴“是千年甚至萬年一遇的事件”。

“慧眼”“極目”為何能精確探測

既然全球眾多天文設施均觀測到GRB 221009A伽馬暴，為什么中國“慧眼”“極目”能對其實施迄今國際最高精度的測量、實現(xiàn)精確探測？

熊少林研究員指出，中國專門為探測伽馬暴和引力波電磁對應體而建造的“極目”空間望遠鏡和中國首臺空間X射線天文望遠鏡“慧眼”衛(wèi)星聯(lián)合，在硬X射線和軟伽馬射線能段精確刻畫了GRB 221009A伽馬暴從前兆輻射到主暴、耀發(fā)以及早期余輝的各個關鍵階段的輻射性質。

其中，“極目”正好處于能夠記錄極高伽馬射線流強的特殊觀測模式，避免了因極端亮度而容易產(chǎn)生的各種儀器效應(包括數(shù)據(jù)飽和丟失、信號堆積、死時間過大等)，成功對該伽馬暴極端明亮的主暴進行完整而精確的探測。同時，“慧眼”配備的高能X射線望遠鏡憑借其在兆電子伏能區(qū)最大的有效面積，成功探測到該伽馬暴，并獲得其前兆輻射和早期余輝的高質量數(shù)據(jù)。

基于“極目”的精確觀測數(shù)據(jù)，研究團隊發(fā)現(xiàn)GRB 221009A伽馬暴具有迄今探測到的最高的亮度，并將伽馬暴亮度紀錄提升了50倍，并發(fā)現(xiàn)該伽馬暴的各向同性能量也打破紀錄，相當于在1分鐘內釋放8個太陽質量的全部能量。

與此同時，研究團隊根據(jù)“慧眼”“極目”聯(lián)合觀測結果推測，GRB 221009A伽馬暴的余輝由慢衰減到快衰減的拐折出現(xiàn)得非常早，意味著產(chǎn)生伽馬射線的噴流非常狹窄，是人類探測到的最狹窄的伽馬暴噴流之一。研究團隊認為，極為狹窄的噴流可能是該伽馬暴看上去極端明亮的原因之一。因此，本次迄今最亮伽馬暴的觀測發(fā)現(xiàn)和研究成果，也為學界深入理解類似極端宇宙爆發(fā)現(xiàn)象提供了嶄新視角。

天地聯(lián)合觀測獲多項首次發(fā)現(xiàn)

據(jù)中科院高能所介紹，“慧眼”衛(wèi)星和“極目”空間望遠鏡科學工程均由該所提出和牽頭研制。其中，“慧眼”2017年6月成功發(fā)射以來，衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運行超過5年，已在黑洞、中子星、快速射電暴等領域取得一系列重要成果；“極目”(也稱“懷柔一號”)衛(wèi)星則是中科院空間科學(二期)戰(zhàn)略性先導科技專項支持的機遇型空間科學項目。

參與本次迄今最亮伽馬暴發(fā)現(xiàn)和研究的是“極目”系列第三顆空間載荷——“極目”空間望遠鏡，其于2022年7月搭載中國空間新技術試驗衛(wèi)星(SATech-01)發(fā)射入軌?！皹O目”采用一系列創(chuàng)新的探測技術，并開創(chuàng)性使用北斗導航系統(tǒng)短報文服務實現(xiàn)星地準實時通訊，已發(fā)現(xiàn)一大批伽馬暴、磁星爆發(fā)、快速射電暴的高能對應體、太陽耀斑以及地球伽馬閃等高能爆發(fā)現(xiàn)象。

中科院高能所透露，在對GRB 221009A伽馬暴千年一遇的歷史性觀測中，該所地面大科學裝置——高海拔宇宙線觀測站(英文縮寫LHAASO，中文昵稱“拉索”)與兩大空間設施“慧眼”“極目”還開展了天地聯(lián)合觀測，其中，“拉索”利用其大量的甚高能觀測數(shù)據(jù)，也收獲多項重要首次發(fā)現(xiàn)，將于成果論文發(fā)表后對外公布。

關鍵詞：