实力+幸运！中国记录“万年难遇奇观”，精确观测迄今最亮伽马暴过程

发布者：邻家小师弟 2023-6-16 02:57

【环球时报报道记者樊巍】一颗质量是太阳20余倍的“超级太阳”恒星，在约20亿年前其核聚变燃料燃烧殆尽，在坍缩的瞬间形成了巨大的爆炸火球，产生了一个持续几百秒的巨大“宇宙烟花”伽马射线暴（简称伽马暴）。火球与星际物质碰撞产生的大量万亿电子伏特高能伽马光子穿过茫茫宇宙，径直飞向地球，最终约6万多个伽马光子被中国高海拔宇宙线观测站“拉索”在2022年10月9日晚收集到。相关观测研究成果于6月9日在线发表于国际顶级科学杂志《科学》（Science）上。参与该项研究的中国科学家近日接受《环球时报》记者采访时表示，在这场人类有史以来观测到的最亮的伽马暴过程中，有望产生许多“颠覆性”的发现。

伽马暴是天体物理学界公认的宇宙中最剧烈的爆发现象，其几秒钟辐射的能量相当于太阳100亿年辐射能量的总和。“拉索”首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻近日在接受《环球时报》记者采访时，用“非常幸运”形容此次“拉索”完整记录大质量恒星死亡瞬间万亿电子伏特伽马射线爆发的全过程。在曹臻看来这绝对是一次概率极小的事件，一场持续几百秒的极亮伽马暴，在经过20亿年的“飞行”来到地球，“拉索”是世界上唯一一个正对伽马暴射线源的地面探测器，因此得以完美地捕捉到了这场天文奇观。相较而言，德国的“神奇伽马射线望远镜”（MAGIC）需要跟随地球自转6个小时才能获得观测这场极亮伽马暴的视场，而那时一切早已结束。

目前，“拉索”已经从这场伽马射线暴中记录到6万多个伽马光子。曹臻表示，这是一个惊人的数据，体现出此次观测到的伽马暴的亮度非常可观，因为像德国的“神奇伽马射线望远镜”这样的高能探测器唯一一次，也是最高纪录只能探测到不到1000个光子。“像蟹状星云这种‘标准烛光’，我们收集了3年的数据还不及这一次几百秒内搜集到的数据。记录到了6万多个伽马光子，这意味着我们可以做非常精细的研究，能够看到这场伽马暴的一些非常细致的结构，这都是前所未有的。”

据了解，此次观测中，“拉索”首次精确测量高能光子爆发的完整过程。“拉索”收集到的信号细节表明，探测到的光子来源于主爆之后的后随爆炸。此外，“拉索”还首次测量到高能光子流量快速增强的过程。该论文通讯作者之一、中国科学院高能物理研究所研究员姚志国介绍称，在后随爆炸过程中，“拉索”首次探测到光子流量的极速增强。在不到两秒的时间内流量增强了100多倍，但之后的缓慢增长行为却符合后随爆炸的预期特征。

在这场万年难遇的天文奇观中，“拉索”也没有辜负全人类的期望。虽然许多科学家都用“极其幸运”来形容此次观测的罕见程度，但是曹臻表示，运气都是留给有准备的人。当这场20亿年前发生的伽马暴来到地球时，性能卓越的“拉索”没有错过这次“眷顾”。

“‘拉索’的特殊之处在于：在它之前，人类还没有如此高灵敏度的地面设备去开展伽马暴的探测。”曹臻表示，“拉索”的优势表现在，它首先可实现24小时不间断探测，其次是完全不受气候条件影响，再者“拉索”具有大视场的特点，一次可观测1/6天空的范围，而伽马射线望远镜一次只能观测一个点、一颗星。上述这些因素加起来就使得“拉索”成为那个“幸运儿”。

值得一提的是，位于四川省稻城县平均海拔4410米的海子山上，占地面积约1.36平方公里的“拉索”，是由5216个电磁粒子探测器与1188个缪子探测器联合构成的1平方公里的地面簇射粒子探测器阵列（KM2A）、3120个探测单元构成的7.8万平方米的水切伦科夫探测器阵列（WCDA）、18台望远镜构成的广角切伦科夫望远镜阵列这三种阵列组成。规模如此之大的“拉索”仅用4年就建成，于2021年7月全部投入运行。

在曹臻看来，“拉索”恰好是在此次极亮伽马暴到达地球之前建成投入运行，如果“拉索”直到2022年才建好，就会错过万年一遇的观测机会。“我们仅用4年时间就建成一个如此大规模的探测器，非常不容易，在近期的一场十多个国家参与的国际会议上，许多国外的专家也表示，能在这么短时间内，建成这么大规模、这么复杂的观测系统，这个事现在也只有中国人才能干成。”

“此次观测获得的数据十分宝贵，我们将向全世界分享，供全球科学家进行深层次的研究，对恒星爆炸过程进行进一步的探索，对伽马暴现象进行更为清楚透彻的理解，相信一定会产生许多新的科研成果。”论文通讯作者之一、中国科学技术大学教授戴子高称。