2023年6月9日，《科學(xué)》（Science）雜志在線發(fā)表了我國(guó)高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO，中文簡(jiǎn)稱拉索）對(duì)命名為GRB221009A的伽馬射線暴的最新觀測(cè)研究成果：拉索首次完整記錄了大質(zhì)量恒星死亡瞬間萬(wàn)億電子伏特伽馬射線爆發(fā)全過(guò)程。該成果由拉索國(guó)際合作組完成。此次爆炸事件萬(wàn)年一遇，預(yù)期觀測(cè)結(jié)果將在百年內(nèi)保持最佳

約20億年前，一顆比太陽(yáng)重20多倍的“超級(jí)太陽(yáng)”大質(zhì)量恒星燃燒完其核聚變?nèi)剂?，瞬間坍縮引發(fā)巨大的爆炸火球，發(fā)出了一個(gè)持續(xù)幾百秒的巨大“宇宙煙花”伽馬射線暴。火球與星際物質(zhì)碰撞產(chǎn)生的大量萬(wàn)億電子伏特高能伽馬光子穿過(guò)茫茫宇宙，徑直飛向地球，于2022年10月9日晚上21時(shí)20分50秒抵達(dá)“拉索”的視場(chǎng)范圍，6萬(wàn)多個(gè)伽馬光子被“拉索”收集到。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的分析，科學(xué)家們終于揭開了這場(chǎng)爆炸事件的面紗。

伽馬射線暴（也簡(jiǎn)寫為伽馬暴）是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆炸現(xiàn)象，是指來(lái)自天空中某一方向的伽馬射線突然增強(qiáng)的閃爍現(xiàn)象。伽馬暴短至千分之一秒，長(zhǎng)則數(shù)小時(shí)。短時(shí)間的伽馬暴是由兩顆鄰近的致密星體（黑洞或中子星）并合產(chǎn)生，而長(zhǎng)時(shí)間的伽馬暴是由巨大恒星（超級(jí)恒星）在燃料耗盡時(shí)塌縮爆炸產(chǎn)生。

此次拉索收集到的信號(hào)細(xì)節(jié)表明，探測(cè)到的光子來(lái)源于伽馬射線暴事件“主爆”之后的“后隨爆炸”。

拉索項(xiàng)目首席科學(xué)家、拉索國(guó)際合作組發(fā)言人、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻說(shuō)：“‘主爆’也稱為瞬時(shí)輻射，是初始階段的巨大的爆炸，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的低能的伽馬射線輻射。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’，也稱為余暉。拉索首次精確地觀測(cè)了‘后隨爆炸’的完整過(guò)程，記錄了萬(wàn)億電子伏特伽馬射線流量增強(qiáng)和衰減的整個(gè)階段?！?/p>

憑借對(duì)上萬(wàn)個(gè)伽馬射線暴的觀測(cè)，科學(xué)家們已經(jīng)建立了似乎完美的理論模型，甚至于對(duì)它深信不疑了。拉索實(shí)現(xiàn)了其它實(shí)驗(yàn)沒有達(dá)到的高能量波段光變過(guò)程的教科書式的完整觀測(cè)，對(duì)理論模型的精確檢驗(yàn)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

GRB221009A伽馬暴是有記錄以來(lái)人類探測(cè)到的最亮的伽馬暴，科學(xué)家推斷如此亮的伽馬暴掃過(guò)地球的概率是萬(wàn)年一次?！拌b于此次爆發(fā)萬(wàn)年不遇的稀缺性，這個(gè)觀測(cè)結(jié)果預(yù)期將在今后幾十甚至上百年內(nèi)將保持最佳。” 曹臻說(shuō)。

“拉索”首次測(cè)量到高能光子流量的快速增強(qiáng)過(guò)程

“在后隨爆炸過(guò)程中，拉索首次探測(cè)到光子流量的極速增強(qiáng)?！?論文通訊作者之一、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員姚志國(guó)說(shuō)。

按照以往理論模型的預(yù)期，后隨爆炸過(guò)程中高能光子流量的增長(zhǎng)應(yīng)該是一直比較緩慢平穩(wěn)的。但這次拉索觀測(cè)到，在后隨爆炸的早期不到兩秒的時(shí)間里，高能光子流量增強(qiáng)了100多倍。

姚志國(guó)說(shuō)：“早期如此快速的增強(qiáng)現(xiàn)象超出了以往理論模型的預(yù)期。究竟存在著什么樣的機(jī)制？此次發(fā)表的觀測(cè)結(jié)果將會(huì)引發(fā)科學(xué)界對(duì)伽馬射線暴能量注入、光子吸收、粒子加速等機(jī)制的深入探討。

此次拉索的觀測(cè)結(jié)果還表明，高能輻射在起爆之后不到10分鐘的某個(gè)時(shí)刻，亮度突然快速減弱了。

論文通訊作者之一，南京大學(xué)教授王祥玉說(shuō)：“這可解釋為爆炸后的拋射物是噴流狀的結(jié)構(gòu)，當(dāng)輻射張角擴(kuò)展到了噴流的邊緣時(shí)造成亮度快速下降?！?/p>

由于這個(gè)亮度轉(zhuǎn)折發(fā)生時(shí)間極早，由此測(cè)出了噴流的張角也極小，僅0.8度。這是迄今知道的最小張角的噴流，意味著觀測(cè)到的實(shí)際上是一個(gè)典型內(nèi)亮外暗噴流的最明亮的核心?！罢怯捎谟^測(cè)者碰巧正對(duì)噴流最明亮的核心，自然地解釋了為什么這個(gè)伽馬射線暴是歷史上最亮的，也解釋了為什么這樣的事件極其罕見?！?論文通訊作者之一，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授戴子高表示。

此外，在這個(gè)伽馬射線暴事件持續(xù)的十分鐘內(nèi)，拉索記錄到的光子數(shù)超過(guò)了過(guò)去幾年對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)燭光”蟹狀星云觀測(cè)積累。

“若把選擇條件降到最低，光子數(shù)可以達(dá)到10萬(wàn)！”論文通訊作者之一、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員查敏說(shuō)。對(duì)比同能區(qū)其它實(shí)驗(yàn)裝置，甚至是專門設(shè)計(jì)來(lái)追蹤伽馬暴的設(shè)備，它們測(cè)到的光子數(shù)目?jī)H在千個(gè)以下的水平，且都只測(cè)到了爆炸過(guò)后60秒以晚的“余暉”。

本場(chǎng)爆炸事件還有許多新發(fā)現(xiàn)，更多謎團(tuán)將會(huì)被揭示

2022年10月9日北京時(shí)間21時(shí)16分59.59秒，美國(guó)的伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星首先探測(cè)到一個(gè)異常明亮的伽馬暴，根據(jù)國(guó)際慣例命名為GRB221009A，后續(xù)幾十個(gè)空間和地面探測(cè)器都對(duì)此暴發(fā)進(jìn)行了觀測(cè)。我國(guó)高海拔宇宙線觀測(cè)站、高能爆發(fā)探索者衛(wèi)星和慧眼衛(wèi)星同時(shí)探測(cè)到了這個(gè)伽馬暴，實(shí)現(xiàn)了跨越11個(gè)量級(jí)的寬能量范圍天地協(xié)同觀測(cè)。

曹臻說(shuō)：“這個(gè)伽馬暴為長(zhǎng)暴，其亮度比以往最亮伽馬暴還要高幾十倍以上，過(guò)高的光子流量使得多個(gè)國(guó)際實(shí)驗(yàn)的探測(cè)器發(fā)生了飽和。”

本次觀測(cè)成果主要由拉索的水切倫科夫探測(cè)器陣列提供。該陣列對(duì)伽馬射線的觀測(cè)能量范圍跨域兩個(gè)量級(jí)，在千億電子伏特到十萬(wàn)億電子伏特之間，且具有寬視場(chǎng)、全天候的特點(diǎn)，對(duì)伽馬暴這樣的突發(fā)天體現(xiàn)象的捕捉式觀測(cè)具有突出的優(yōu)勢(shì)。

國(guó)際發(fā)布伽馬暴GRB 221009A預(yù)警后，曹臻迅速組織多個(gè)團(tuán)隊(duì)開展了數(shù)據(jù)分析與理論解釋工作。后續(xù)的天地聯(lián)合數(shù)據(jù)分析已經(jīng)全面展開，更多觀測(cè)研究成果將會(huì)陸續(xù)發(fā)表。

本次的觀測(cè)結(jié)果意義重大。

北京師范大學(xué)天文系教授高鶴說(shuō)：“拉索不負(fù)眾望，首次在TeV（注：萬(wàn)億電子伏特）能量處給出了伽馬暴完整的光變曲線與能譜，這一觀測(cè)結(jié)果大大增進(jìn)了人類對(duì)伽馬暴輻射機(jī)制以及噴流結(jié)構(gòu)等方面的理解。”

“截至當(dāng)下，本場(chǎng)爆炸事件還有其它的許多新發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們還在不懈地深耕拉索的數(shù)據(jù)，力圖揭示更多的奧秘，敬請(qǐng)等待拉索的后續(xù)數(shù)據(jù)分析成果?！?曹臻對(duì)拉索下一階段成果給出了樂觀的預(yù)期。