我国观测到迄今最亮伽马射线暴对于揭示爆发机制具有重要价值

②:“颜回”卫星。

③:中国高空宇宙线天文台。

以上均由中国科学院高能所提供。

制图:安迪

最近，由中国科学院高能物理研究所建造和运营的中国高空宇宙线天文台、科学载荷“高能暴探索者”和“颜回”卫星同时探测到了最亮的伽马射线暴(GRB 221009A)。这是我国首次实现天地联合观测伽玛暴。打破了最高亮度、最高光子能量、最高探测能量范围等多项伽马射线暴观测记录。这对揭示伽玛射线暴的爆发机制具有重要价值。

比过去最亮的伽马射线亮10倍以上。

伽马射线爆发是宇宙中最剧烈的天体爆炸，于20世纪60年代首次被发现。伽玛射线暴短则几毫秒，长则几个小时，释放的能量超过太阳一生辐射的能量总和。持续时间长的伽马射线暴是由比太阳大几十倍的恒星的坍缩和爆炸引起的，而持续时间短的伽马射线暴是由两个致密天体的合并和爆炸引起的，可能伴随着引力波的发射。

γ射线暴的观测和研究是天文学的前沿领域，近年来取得了重大突破。2017年8月17日，伴随的引力波在两颗中子星合并爆炸引起的伽马射线爆发前被观测到。这是人类首次在电磁波和引力波窗口同时观测宇宙天体，开启了多信使天文学的新时代。

这一次，迄今为止最亮的GRB 221009A伽马射线爆发是最近由三个科学仪器同时探测到的。在这次伽马射线暴发生之前，人类探测到的伽马射线暴亮度的记录保持者是2013年4月27日发生的编号为GRB 130427A的伽马射线暴。世界上几乎所有重要的望远镜都进行了观测。

在此次观测中，“拉索”将伽玛射线暴的最高能量记录提高了近20倍，在国际上首次打开了10万亿电子伏波段伽玛射线暴的观测窗口。与“颜回”卫星和“高能爆发探索者”一起发现，这次爆发事件比人类迄今观测到的最亮伽马射线爆发亮10倍以上。

实现空间和地球对γ射线暴的联合观测。

探测到的高强度爆炸发生在距离地球24亿光年的地方。如此明亮的伽马射线爆发预计每几十年甚至一百年才会发生一次。这次，“拉索”探测到大量高能光子，最高光子能量达到18万亿电子伏。在国际上首次开启了10万亿电子伏的伽马射线暴观测窗口。

Lasso实验的中科院高能所首席科学家曹震研究员说:“这个Lasso记录了1000亿电子伏以上的甚高能区的数万个光子信号，将给出伽玛射线暴最高能量段光变曲线的最精细测量。”

凭借先进的探测器设计，“高能爆发探索者”成功高精度观测到伽马射线爆发GRB 221009A的软伽马射线的光变特征，展示了初始爆发和后续耀斑的演化过程。“颜回”卫星的高能、中能和低能X射线望远镜首次在伽玛射线暴观测中同时探测到信号，并且由于“颜回”卫星当时正在扫描天空区域，及时监测到了迄今为止最亮的伽玛射线暴的余辉。

得益于近年来中科院高能所天地一体化观测能力建设的快速发展，特别是“Lasso”的成功建造和运行占据国际领先地位，高能所首次实现了伽玛射线暴的天地多手段联合观测，独家实现了从最高十万亿电子伏光子到百万电子伏伽玛射线(“高能暴探索者”)和千电子伏X射线(“颜回”卫星)，跨越九个数量级的多光谱精细测量。

曹真说:“在过去半个世纪探测到的数千次伽马射线暴中，能量最高的光子达到约1万亿电子伏。这个‘套索’探测到大量高能光子，最高光子能量达到18万亿电子伏。”

引起了巨大的反响，大量相关研究迅速展开。

“拉索”是以宇宙线观测和研究为核心的国家重大科技基础设施，由中国自主提出、设计和建造。该观测站位于四川省稻城县海子山，海拔4410米。主体工程于2021年7月竣工并投入科学运行。它是目前世界上最灵敏的超高能伽马射线天文台，它的运行开启了“超高能伽马天文学”的观测时代。捕捉和观测高统计量的伽马射线暴是Lasso的重要科学目标之一。这种前所未有的亮度爆发恰好发生在Lasso视场中心附近，为完成这一科学目标奠定了强大的观测基础。

“颜回”卫星是中国第一颗空间X射线天文卫星，于2017年6月发射并运行。经过5年多的在轨观测，在黑洞、中子星、快射电爆发等方面取得了一大批重要的原创性成果。

“高能爆发探测器”是今年7月发射的新型空间技术试验卫星的主要科学有效载荷之一。采用怀柔一号卫星首创的新型探测技术和基于北斗短报文的准实时星地通信方案，可快速下载观测数据。“高能起爆器”目前处于在轨测试阶段，预计将取得更重要的成果。

伽玛暴GRB 221009A发生后，Lasso实验的中科院高能所团队迅速展开数据分析，并在爆发后不到两天通过伽玛暴协同观测网向国际同行发布了初步观测结果。Lasso国际合作小组成员正在进行进一步的数据分析和科学研究。“颜回”卫星和中国高科院“高能暴探索者”的观测运行团队、载荷团队和数据分析团队正迅速投入观测分析，及时启动机遇号观测。在项目组的密切合作下，已获得“颜回”卫星和“高能爆发探索者”的初步分析结果，并通过天文电报和伽玛暴合作观测网向国际同行发布。

目前探测结果在国际上引起了很大反响，大量相关研究开展起来，也出现了很多关于新物理可能性的讨论。这些测量将强烈制约宇宙中存在的背景光场等基本物理参数和模型，有望产生重要的认知水平提升。

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