北京時(shí)間3月29日凌晨2點(diǎn)，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高能所）與全球40余家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布對(duì)迄今最亮伽馬射線暴（簡(jiǎn)稱(chēng)伽馬暴）GRB 221009A的研究成果。

高能所牽頭研制的慧眼衛(wèi)星（Insight-HXMT）和極目空間望遠(yuǎn)鏡(GECAM-C)成功地在硬X射線和軟伽馬能段對(duì)該伽馬暴的瞬時(shí)輻射和早期余輝進(jìn)行了國(guó)際最高精度的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其具有迄今觀測(cè)到的最大亮度，將伽馬暴的亮度紀(jì)錄提升了50倍，同時(shí)發(fā)現(xiàn)其各向同性能量也打破紀(jì)錄，相當(dāng)于在1分鐘內(nèi)釋放8個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的全部能量，對(duì)這個(gè)千年一遇的天體爆發(fā)的研究做出了獨(dú)特貢獻(xiàn)。

(資料圖片僅供參考)

慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)迄今最亮伽馬暴示意圖。高能所供圖

天地聯(lián)合觀測(cè)到迄今最亮伽馬暴

伽馬暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的爆炸現(xiàn)象，包括兩種類(lèi)型，一類(lèi)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(zhǎng)于2秒，另一類(lèi)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(shí)間通常短于2秒，并同時(shí)發(fā)出引力波。

據(jù)論文通訊作者、高能所研究員熊少林介紹，這兩類(lèi)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(guò)極強(qiáng)引力吞噬周?chē)镔|(zhì)，并以接近光速?gòu)膬蓸O噴射物質(zhì)，形成一對(duì)相反方向的噴流。噴流內(nèi)部的激波或磁重聯(lián)等過(guò)程加速帶電粒子產(chǎn)生伽馬射線輻射，稱(chēng)為瞬時(shí)輻射。噴流和周?chē)男请H介質(zhì)相互作用也能產(chǎn)生輻射，稱(chēng)為余輝。只有噴流恰好對(duì)準(zhǔn)地球時(shí)，人類(lèi)才有機(jī)會(huì)探測(cè)到這些輻射。

論文通訊作者、美國(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校張冰教授稱(chēng)，自從1967年人類(lèi)發(fā)現(xiàn)首個(gè)伽馬暴以來(lái)，已探測(cè)到近萬(wàn)例伽馬暴。在觀測(cè)上，伽馬射線會(huì)突然增多又消失，特點(diǎn)是頻繁發(fā)生、能量很大，爆發(fā)時(shí)比銀河系還亮。2022年10月9日，包括高能所牽頭建造的空間和地面觀測(cè)設(shè)備在內(nèi)的全球上百臺(tái)天文設(shè)施都觀測(cè)到迄今最亮的伽馬暴（編號(hào)GRB 221009A），其產(chǎn)生于距離地球24億光年的宇宙深處，是持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于2秒的長(zhǎng)伽馬暴。

迄今發(fā)現(xiàn)的最亮伽馬射線暴（GRB 221009A）想象圖。高能所供圖

“最亮有兩種可能，一個(gè)是離地球近，另外就是伽馬暴本身能量和光度極大?！睆埍f(shuō)，距離地球24億光年，在天文學(xué)上是相對(duì)較近的距離。它的能量是否也很大？科研人員進(jìn)行了精準(zhǔn)探測(cè)。

精確探測(cè)，伽馬暴亮度紀(jì)錄提升50倍

我國(guó)極目空間望遠(yuǎn)鏡和我國(guó)首臺(tái)空間X射線天文望遠(yuǎn)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(huà)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)。

其中，極目空間望遠(yuǎn)鏡是專(zhuān)門(mén)為探測(cè)伽馬暴和引力波電磁對(duì)應(yīng)體而建造的。論文通訊作者、高能所研究員李新喬解釋說(shuō)，由于伽馬暴主暴極端明亮，短時(shí)間內(nèi)大量光子進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡，容易產(chǎn)生各種儀器效應(yīng)，比如數(shù)據(jù)飽和丟失、信號(hào)堆積等，就好比無(wú)法睜大了眼睛直視太陽(yáng)一樣。

但極目空間望遠(yuǎn)鏡正好處于背景環(huán)境比較復(fù)雜的區(qū)域，設(shè)置了特殊觀測(cè)模式，只留下了一個(gè)觀測(cè)設(shè)備，關(guān)閉了其他設(shè)備，就好比瞇起眼睛只留了一條縫并戴上了墨鏡再看太陽(yáng)，所以能夠記錄極高伽馬射線流強(qiáng)，且避免了各種儀器效應(yīng)，成功對(duì)該伽馬暴極端明亮的主暴進(jìn)行了完整而精確的探測(cè)。相比之下，國(guó)際上很多望遠(yuǎn)鏡都沒(méi)有設(shè)置這樣的特殊觀測(cè)模式。

慧眼衛(wèi)星原本設(shè)計(jì)中并沒(méi)有考慮伽馬暴觀測(cè)能力，在首席科學(xué)家張雙南研究員的提議下，高能X射線望遠(yuǎn)鏡主任設(shè)計(jì)師劉聰展研究員將一個(gè)輔助探測(cè)器改成伽馬射線暴監(jiān)視器，使其可以隨時(shí)探測(cè)伽馬射線的信號(hào)，此次正好派上用場(chǎng)，和極目空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了“神配合”。張雙南說(shuō)，慧眼衛(wèi)星在做銀道面掃描時(shí)，成功探測(cè)到該伽馬暴，并獲得了其前兆輻射和早期余輝的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

基于極目空間望遠(yuǎn)鏡的精確觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該伽馬暴具有迄今探測(cè)到的最高的亮度，并將伽馬暴亮度紀(jì)錄提升了50倍。該伽馬暴具有極端的亮度和相對(duì)較近的距離，使其成為名副其實(shí)的千年一遇的歷史性事件。

由于伽馬暴距離地球十分遙遠(yuǎn)，對(duì)于它發(fā)出的所有伽馬射線來(lái)說(shuō)，科研人員探測(cè)到的只是滄海一粟?！巴ǔ?，我們無(wú)法知曉伽馬暴向我們視線之外的方向輻射了多少能量。假設(shè)伽馬暴向各個(gè)方向輻射了幾乎相同數(shù)量的伽馬射線，那么根據(jù)我們探測(cè)到的伽馬射線和伽馬暴的距離，可計(jì)算該伽馬暴向各個(gè)方向發(fā)出的所有伽馬射線的總能量，即各向同性能量?！毙苌倭终f(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)伽馬暴的各向同性能量也打破紀(jì)錄，超過(guò)了10的55次方爾格，相當(dāng)于在1分鐘內(nèi)釋放8個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的全部能量。

慧眼和極目的聯(lián)合觀測(cè)結(jié)果可以推測(cè)，該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(lèi)探測(cè)到的最狹窄的伽馬暴噴流之一。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)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，本次慧眼和極目的觀測(cè)研究對(duì)于深入理解這種極端宇宙爆發(fā)現(xiàn)象提供了嶄新視角。

未來(lái)將開(kāi)展國(guó)際合作，破解伽馬暴難題

慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡均由中科院高能所提出和牽頭研制。

慧眼衛(wèi)星由李惕碚、吳枚等人于1993年提出項(xiàng)目建議，2011年獲得工程立項(xiàng)。高能所負(fù)責(zé)衛(wèi)星有效載荷、地面應(yīng)用系統(tǒng)和科學(xué)研究工作。自2017年6月15日發(fā)射升空以來(lái)，慧眼衛(wèi)星已在軌穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)5年，在黑洞、中子星、快速射電暴等領(lǐng)域取得一系列重要成果。

“懷柔一號(hào)”極目(GECAM)衛(wèi)星是中國(guó)科學(xué)院“空間科學(xué)”（二期）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)支持的機(jī)遇型空間科學(xué)項(xiàng)目，由高能所于2016年提出項(xiàng)目建議，2018年獲得工程立項(xiàng)。參與本次發(fā)現(xiàn)的是極目系列的第三個(gè)載荷，編號(hào)GECAM-C，其于2022年7月27日搭載空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星（SATech-01）發(fā)射入軌。極目系列衛(wèi)星采用了一系列創(chuàng)新的探測(cè)技術(shù)，并開(kāi)創(chuàng)性地使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)短報(bào)文服務(wù)實(shí)現(xiàn)星地準(zhǔn)實(shí)時(shí)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(duì)應(yīng)體、太陽(yáng)耀斑以及地球伽馬閃等高能爆發(fā)現(xiàn)象。

熊少林表示，下一步，科研團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步開(kāi)展國(guó)際合作，破解伽馬暴難題，同時(shí)，還將研究引力波和快速射電暴跟伽馬暴的關(guān)系等。

新京報(bào)記者 張璐

編輯 唐崢 校對(duì) 劉軍