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“慧眼”“極目”實(shí)現(xiàn)迄今最亮伽馬暴最高精度測量，將亮度紀(jì)錄提升50倍

1分鐘內(nèi)將8個(gè)太陽的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化為能量釋放，這便是迄今最亮伽馬射線暴GRB 221009A暴發(fā)時(shí)產(chǎn)生的各向同性等效能量。3月29日，中國科學(xué)院高能物理研究所與全球40余家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布了最新研究成果，宣布對該伽馬暴的觀測將人類伽馬暴觀測亮度紀(jì)錄提升了50倍。我國“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星、極目空間望遠(yuǎn)鏡等天文觀測設(shè)備均為本次觀測作出了獨(dú)特貢獻(xiàn)。

2022年10月9日晚，全球眾多天文設(shè)施同時(shí)觀測到了一個(gè)歷史性事件——伽馬暴GRB 221009A的暴發(fā)信號到達(dá)地球。它產(chǎn)生于距離地球24億光年的宇宙深處，極端的亮度和相對較近的距離，使其成為“千年一遇”的暴發(fā)事件。

伽馬暴是宇宙中繼大爆炸之后最劇烈的爆炸現(xiàn)象，目前人類已探測到近萬例，平均每天在全天會出現(xiàn)3個(gè)左右。“這種現(xiàn)象非常神秘，在觀測中表現(xiàn)為伽馬射線突然增多又消失，有些伽馬暴產(chǎn)生的亮度會超過銀河系。”極目空間望遠(yuǎn)鏡首席科學(xué)家熊少林介紹，伽馬暴包括兩種類型，一類產(chǎn)生于很大質(zhì)量恒星的核心坍縮爆炸，持續(xù)時(shí)間通常長于2秒，GRB 221009A即屬于此類；另一類產(chǎn)生于兩顆中子星、黑洞等極端致密天體的合并爆炸，通常短于2秒并同時(shí)發(fā)出引力波。只有伽馬暴產(chǎn)生的噴流恰好對準(zhǔn)地球時(shí)，人類才有機(jī)會探測到這些輻射。

幸運(yùn)的是，本次暴發(fā)時(shí)，“慧眼”恰好在本底干凈、觀測噪聲小的區(qū)域飛行，并處于掃描狀態(tài)；極目空間望遠(yuǎn)鏡則正處于能夠記錄極高伽馬射線流強(qiáng)的特殊觀測模式，就像是“瞇縫著眼睛看太陽”，雖然直面“刺眼”的亮度，依然成功對伽馬暴極端明亮的主暴進(jìn)行了完整、精確的探測。

“這是我國‘慧眼’‘極目’等天文觀測設(shè)備對本次觀測作出的獨(dú)特貢獻(xiàn)，世界上其他觀測設(shè)備都受限于探測器飽和等因素，沒有實(shí)現(xiàn)精確測量。”熊少林自豪地說，我國獲取到的光變曲線非常精細(xì)，沒有出現(xiàn)“過曝”、數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象，多設(shè)備觀測則精確刻畫了該伽馬暴從前兆輻射到主暴、耀發(fā)以及早期余輝的各個(gè)關(guān)鍵階段的輻射性質(zhì)。

研究團(tuán)隊(duì)分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該伽馬暴具有迄今探測到的最高亮度，將伽馬暴亮度紀(jì)錄提升了50倍。而基于地球視角的觀測數(shù)據(jù)，科研團(tuán)隊(duì)假設(shè)該伽馬暴向各個(gè)方向都輻射了相同的能量，便計(jì)算出其各向同性等效能量將此前的紀(jì)錄提升了三倍，相當(dāng)于在1分鐘內(nèi)將8個(gè)太陽的全部質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量釋放，也等同于1萬個(gè)太陽一生釋放能量的總和。

科研團(tuán)隊(duì)還觀測到，該伽馬暴余輝由慢衰減到快衰減的拐折出現(xiàn)得非常早，這意味著產(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。熊少林說，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，為我們深入理解這種極端宇宙暴發(fā)現(xiàn)象提供了嶄新視角。

意大利費(fèi)拉拉大學(xué)教授Filippo Frontera評價(jià)該成果在諸多觀測結(jié)果中“具有挑戰(zhàn)性且獨(dú)一無二（challenging and unique）”。目前，該成果已在論文預(yù)印本平臺arXiv在線發(fā)布。本項(xiàng)工作由中國科學(xué)院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭的國際合作團(tuán)隊(duì)完成，成員來自中國、美國、意大利、法國、德國等30余家研究機(jī)構(gòu)，署名作者達(dá)178人。

圍繞本次伽馬暴暴發(fā)，“拉索”高海拔宇宙線觀測站還利用大量甚高能觀測數(shù)據(jù)做出了多項(xiàng)重要首次發(fā)現(xiàn)，后續(xù)成果將擇期發(fā)布。接下來，“慧眼”“極目”等觀測設(shè)備仍將繼續(xù)仰望星空，熊少林說，科研團(tuán)隊(duì)將持續(xù)開展國際合作，破解伽馬暴的謎題，并探索伽馬暴與引力波、快速射電暴等天文現(xiàn)象的關(guān)系。未來，我國還將建造更多的天文觀測設(shè)備，將探測能力向更高能、更靈敏等方向擴(kuò)展。