中國科學(xué)院高能物理研究所負責建設和運行管理的中國高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測站（“拉索”）、科學(xué)載荷“高能爆發(fā)探索者”和“慧眼”衛星三大科學(xué)裝置，近日同時(shí)探測到迄今最亮的伽馬射線(xiàn)暴（GRB 221009A）。這是我國首次實(shí)現對伽馬射線(xiàn)暴的天地多手段聯(lián)合觀(guān)測，打破了伽馬射線(xiàn)暴亮度最高、光子能量最高、探測能量范圍最高等多項伽馬射線(xiàn)暴觀(guān)測紀錄，對于揭示伽馬射線(xiàn)暴的爆發(fā)機制具有重要價(jià)值。
比以往最亮伽馬射線(xiàn)暴亮10倍以上
伽馬射線(xiàn)暴是宇宙中最劇烈的天體爆發(fā)現象，首次發(fā)現于上世紀60年代。伽馬射線(xiàn)暴短至幾毫秒，長(cháng)達數小時(shí)，釋放的能量超過(guò)太陽(yáng)在其一生輻射能量的總和。持續時(shí)間較長(cháng)的伽馬射線(xiàn)暴產(chǎn)生于比太陽(yáng)大幾十倍的恒星星體坍縮爆炸，而持續時(shí)間較短的伽馬射線(xiàn)暴則產(chǎn)生于兩個(gè)致密天體（如黑洞或中子星）合并爆炸，還可能伴隨發(fā)射引力波。
伽馬射線(xiàn)暴的觀(guān)測研究是天文前沿領(lǐng)域，近年來(lái)不斷取得重大突破。2017年8月17日，在一個(gè)由兩顆中子星合并爆炸產(chǎn)生的伽馬射線(xiàn)暴之前觀(guān)測到伴隨產(chǎn)生的引力波，這是人類(lèi)首次在電磁波和引力波窗口同時(shí)觀(guān)測宇宙天體，開(kāi)啟了多信使天文學(xué)的新時(shí)代。
此次，迄今最亮的GRB 221009A伽馬射線(xiàn)暴，近日被三大科學(xué)裝置同時(shí)探測到。在這個(gè)伽馬射線(xiàn)暴發(fā)生之前，人類(lèi)探測到的伽馬射線(xiàn)暴亮度紀錄保持者是2013年4月27日發(fā)生的編號為GRB 130427A的一個(gè)伽馬射線(xiàn)暴，全世界幾乎所有重要望遠鏡都進(jìn)行了觀(guān)測。
本次觀(guān)測中，“拉索”將伽馬射線(xiàn)暴光子最高能量紀錄提升近20倍，在國際上首次打開(kāi)10萬(wàn)億電子伏波段的伽馬射線(xiàn)暴觀(guān)測窗口，并與“慧眼”衛星和“高能爆發(fā)探索者”一起，發(fā)現這個(gè)爆發(fā)事件比以往人類(lèi)觀(guān)測到的最亮伽馬射線(xiàn)暴亮了10倍以上。
實(shí)現對伽馬射線(xiàn)暴的天地多手段聯(lián)合觀(guān)測
本次探測到的高強度爆發(fā)，發(fā)生在距離地球24億光年處。如此明亮的伽馬射線(xiàn)爆發(fā)，預計每幾十年甚至百年才會(huì )出現一次。本次“拉索”探測到了大量的高能光子，最高光子能量達到了18萬(wàn)億電子伏，在國際上首次打開(kāi)了10萬(wàn)億電子伏波段的伽馬射線(xiàn)暴觀(guān)測窗口。
“拉索”實(shí)驗中科院高能所團隊首席科學(xué)家曹臻研究員說(shuō)：“這次‘拉索’在千億電子伏以上的甚高能區記錄到幾萬(wàn)個(gè)光子信號，將給出伽馬射線(xiàn)暴最高能段的光變曲線(xiàn)最精細的測量?！?/p>
憑借先進(jìn)的探測器設計，“高能爆發(fā)探索者”成功對伽馬射線(xiàn)暴GRB 221009A的軟伽馬射線(xiàn)光變特征進(jìn)行高精度觀(guān)測，展現出初期爆發(fā)和后隨閃耀的演化過(guò)程?！盎垩邸毙l星的高能、中能和低能X射線(xiàn)望遠鏡首次在伽馬射線(xiàn)暴觀(guān)測中同時(shí)探測到信號，而且因為“慧眼”衛星當時(shí)正在掃描觀(guān)測該天區，從而對這個(gè)迄今最亮伽馬射線(xiàn)暴的余暉進(jìn)行了及時(shí)監測。
得益于中科院高能所近些年天地一體化觀(guān)測能力建設的高速發(fā)展，尤其是“拉索”的成功建造和運行占據國際領(lǐng)先地位，高能所首次實(shí)現對伽馬射線(xiàn)暴的天地多手段聯(lián)合觀(guān)測，并獨家實(shí)現從最高的十幾萬(wàn)億電子伏光子（“拉索”）到百萬(wàn)電子伏伽馬射線(xiàn)（“高能爆發(fā)探索者”）和千電子伏X射線(xiàn)（“慧眼”衛星）的多譜段精細測量，跨越超9個(gè)量級。
曹臻說(shuō)：“在過(guò)去半個(gè)多世紀探測到的數千個(gè)伽馬射線(xiàn)暴中，最高能量光子達到大約1萬(wàn)億電子伏（TeV）。本次‘拉索’探測到大量的高能光子，最高光子能量達到18萬(wàn)億電子伏?！?/p>
引發(fā)巨大反響，大量相關(guān)研究迅速展開(kāi)
“拉索”是以宇宙線(xiàn)觀(guān)測研究為核心的國家重大科技基礎設施，由中國自主提出并設計建造。該觀(guān)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(xiàn)天文臺，其運行開(kāi)啟了“超高能伽馬天文學(xué)”觀(guān)測時(shí)代。捕捉和高統計量觀(guān)測伽馬射線(xiàn)暴是“拉索”的重要科學(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(chǎng)的中心附近，為完成該項科學(xué)目標奠定了強大的觀(guān)測基礎。
“慧眼”衛星是我國第一顆空間X射線(xiàn)天文衛星，于2017年6月發(fā)射運行，在軌觀(guān)測5年多來(lái)，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”是今年7月發(fā)射的空間新技術(shù)試驗衛星的主要科學(xué)載荷之一，它采用“懷柔一號”衛星所開(kāi)創(chuàng )的新型探測技術(shù)以及基于北斗短報文的準實(shí)時(shí)星地通信方案，能夠迅速下傳觀(guān)測數據?！案吣鼙l(fā)探索者”目前處于在軌測試階段，預計將獲得更多重要成果。
伽馬射線(xiàn)暴GRB 221009A發(fā)生后，“拉索”實(shí)驗中科院高能所團隊迅速展開(kāi)數據分析，在爆發(fā)后不到兩天就通過(guò)伽馬射線(xiàn)暴協(xié)同觀(guān)測網(wǎng)（GCN）向國際同行發(fā)布初步觀(guān)測結果。進(jìn)一步的數據分析和科學(xué)研究正由“拉索”國際合作組成員全力開(kāi)展。中科院高能所“慧眼”衛星和“高能爆發(fā)探索者”觀(guān)測運行團隊、載荷團隊和數據分析團隊正迅速投入觀(guān)測分析，并及時(shí)啟動(dòng)機遇觀(guān)測。在項目團隊密切協(xié)作下，“慧眼”衛星和“高能爆發(fā)探索者”已得到初步分析結果，并通過(guò)天文電報和伽馬射線(xiàn)暴協(xié)同觀(guān)測網(wǎng)向國際同行發(fā)布。
目前，探測結果已在國際引發(fā)巨大反響，大量相關(guān)研究展開(kāi)，涌現出關(guān)于新物理可能性的許多討論。這些測量對宇宙中存在的背景光場(chǎng)等基本物理參數和模型將作出強烈的限制，預計會(huì )產(chǎn)生重要的認知水平提升。（吳月輝）
