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“慧眼”“極目”實現迄今最亮伽馬暴最高精度測量，將亮度紀錄提升50倍

1分鐘內將8個太陽的質量全部轉化為能量釋放，這便是迄今最亮伽馬射線暴GRB 221009A暴發(fā)時產生的各向同性等效能量。3月29日，中國科學院高能物理研究所與全球40余家科研機構聯合發(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錄提升了50倍。我國“慧眼”硬X射線調制望遠鏡衛(wèi)星、極目空間望遠鏡等天文觀測設備均為本次觀測作出了獨特貢獻。

2022年10月9日晚，全球眾多天文設施同時觀測到了一個歷史性事件——伽馬暴GRB 221009A的暴發(fā)信號到達地球。它產生于距離地球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象，目前人類已探測到近萬例，平均每天在全天會出現3個左右。“這種現象非常神秘，在觀測中表現為伽馬射線突然增多又消失，有些伽馬暴產生的亮度會超過銀河系。”極目空間望遠鏡首席科學家熊少林介紹，伽馬暴包括兩種類型，一類產生于很大質量恒星的核心坍縮爆炸，持續(xù)時間通常長于2秒，GRB 221009A即屬于此類；另一類產生于兩顆中子星、黑洞等極端致密天體的合并爆炸，通常短于2秒并同時發(fā)出引力波。只有伽馬暴產生的噴流恰好對準地球時，人類才有機會探測到這些輻射。

幸運的是，本次暴發(fā)時，“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)；極目空間望遠鏡則正處于能夠記錄極高伽馬射線流強的特殊觀測模式，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行了完整、精確的探測。

“這是我國‘慧眼’‘極目’等天文觀測設備對本次觀測作出的獨特貢獻，世界上其他觀測設備都受限于探測器飽和等因素，沒有實現精確測量。”熊少林自豪地說，我國獲取到的光變曲線非常精細，沒有出現“過曝”、數據丟失等現象，多設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關鍵階段的輻射性質。

研究團隊分析數據發(fā)現，該伽馬暴具有迄今探測到的最高亮度，將伽馬暴亮度紀錄提升了50倍。而基于地球視角的觀測數據，科研團隊假設該伽馬暴向各個方向都輻射了相同的能量，便計算出其各向同性等效能量將此前的紀錄提升了三倍，相當于在1分鐘內將8個太陽的全部質量轉化為能量釋放，也等同于1萬個太陽一生釋放能量的總和。

科研團隊還觀測到，該伽馬暴余輝由慢衰減到快衰減的拐折出現得非常早，這意味著產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)現象提供了嶄新視角。

意大利費拉拉大學教授Filippo Frontera評價該成果在諸多觀測結果中“具有挑戰(zhàn)性且獨一無二（challenging and unique）”。目前，該成果已在論文預印本平臺arXiv在線發(fā)布。本項工作由中國科學院粒子天體物理重點實驗室牽頭的國際合作團隊完成，成員來自中國、美國、意大利、法國、德國等30余家研究機構，署名作者達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據做出了多項重要首次發(fā)現，后續(xù)成果將擇期發(fā)布。接下來，“慧眼”“極目”等觀測設備仍將繼續(xù)仰望星空，熊少林說，科研團隊將持續(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象的關系。未來，我國還將建造更多的天文觀測設備，將探測能力向更高能、更靈敏等方向擴展。