伽瑪射線暴是宇宙中最明亮、最具能量的天體爆發(fā)現(xiàn)象。以前科學(xué)家也難以解釋它們?yōu)楹螘?huì)發(fā)生，部份緣由在于，所有已知的伽瑪射線暴都來(lái)自十分特別遙遠(yuǎn)的地方——通常距離月球數(shù)十億光年，以至于無(wú)法確定它來(lái)自那里，于是伽瑪射線暴一度是宇宙之謎。
經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探求，直至1997年，科學(xué)家破解了伽瑪射線暴的距離之謎。中科院高能所粒子天體化學(xué)中心副所長(zhǎng)、研究員，憑欄空間望遠(yuǎn)鏡首席科學(xué)家熊少林介紹，伽瑪射線暴的形成機(jī)制有兩種類型，一類形成于很大質(zhì)量星體的核心坍縮爆燃，持續(xù)時(shí)間一般長(zhǎng)于2秒。
熊少林說：“大質(zhì)量星體像超新星爆燃，中間可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)黑洞，黑洞的引力特別強(qiáng)，它都會(huì)把一部份物質(zhì)吞噬掉，但它們也不一定會(huì)把所有的物質(zhì)全都吞掉，而是會(huì)向兩極方向噴下來(lái)一些物質(zhì)，但是它的噴射速率十分快，接近光速，這么噴射下來(lái)的東西我們叫它噴流，像噴泉一樣，噴流里面可能會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)過程，形成高能幅射，這就是我們看見的伽瑪射線的幅射，噴流跟外邊的物質(zhì)互相作用又能形成更多幅射，我們稱作余輝。”
只有噴流剛好對(duì)準(zhǔn)月球時(shí)，人類才有機(jī)會(huì)偵測(cè)到這種幅射。這次發(fā)覺的伽瑪暴就形成于星體的死亡爆燃。除此之外，那些年來(lái)科學(xué)家還發(fā)覺了另外一種類型的伽瑪射線暴，它是由兩個(gè)致密天體繞轉(zhuǎn)并合形成的，這些天體一般被稱作中子星或則黑洞，它們?cè)诶@轉(zhuǎn)并合到最后翻車在一起，也會(huì)形成爆燃和噴流。
看到這兒，一定會(huì)有人想問，為何叫“伽馬射線暴”呢？熊少林解釋說，由于它在伽瑪射線波段幅射是最強(qiáng)的，能量也是最多的，“這個(gè)幅射就是來(lái)自噴流上面形成的，當(dāng)噴流跟外邊星際介質(zhì)互相作用的時(shí)侯，它會(huì)形成更多的幅射，這個(gè)幅射的能段更寬，譬如說還可以形成射電幅射，可見光（就是我們照明的光），能夠形成X射線、伽馬射線，甚至能形成甚高能的幅射（這是高能所的重大設(shè)施‘拉索’的一個(gè)重大成果），所以總的來(lái)講就是伽瑪射線暴的幅射是比較多、比較復(fù)雜的。我們此次發(fā)布的是慧眼衛(wèi)星和憑欄空間望遠(yuǎn)鏡是對(duì)瞬時(shí)幅射和初期余輝的發(fā)覺成果。”
事實(shí)上，伽瑪射線暴并不罕見粒子天體物理，迄今為止人類早已偵測(cè)到了近萬(wàn)例伽瑪射線暴。并且極端明亮的伽瑪射線暴，常常被覺得是特殊重要的。由于明亮帶來(lái)的益處是可以幫助人類更好觀測(cè)它，因而進(jìn)行更細(xì)致的研究，進(jìn)一步理解伽瑪射線暴的產(chǎn)生機(jī)制。
例如，今年10月9日下午，來(lái)自中國(guó)的這項(xiàng)重要發(fā)覺——它是發(fā)生在距離月球約24億光年的一起宇宙風(fēng)波，一顆巨大的瀕死星體在坍縮成黑洞或中子星時(shí)釋放出強(qiáng)悍的能量噴流。張冰說，該伽瑪暴具有極端的照度和相對(duì)較近的距離使其成為名副雖然的千年一遇的歷史性風(fēng)波。
“千年一遇和萬(wàn)年一遇是一個(gè)哪些樣的概念？你想想在上一次發(fā)生的時(shí)侯，倘若是一千年的時(shí)侯，這么我們當(dāng)時(shí)還正在宋朝，倘若是一萬(wàn)年，我們當(dāng)時(shí)還是山頂洞人的時(shí)侯。而這樣一個(gè)伽瑪暴恰好是發(fā)生在了這個(gè)時(shí)侯，人類步入了才能觀測(cè)伽瑪射線暴的時(shí)代，但是中國(guó)有兩架空間望遠(yuǎn)鏡可以同時(shí)觀測(cè)它，光這一件事情就早已是十分難得了。”張冰說。
它究竟有多亮呢？科學(xué)家們稱它是有史以來(lái)最亮的伽瑪射線暴，由于它將伽瑪暴的色溫紀(jì)錄提高了50倍。張冰表示，這次偵測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)意義和貢獻(xiàn)還在于，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)覺這個(gè)伽瑪暴的絕對(duì)的能量和色溫均打破紀(jì)錄。
張冰說：“暴本身的能量色溫也是迄今最亮的。這么1.5×10的55次方爾格是一個(gè)哪些樣的概念？也就是把一個(gè)太陽(yáng)完全消失掉，把它全部轉(zhuǎn)化為能量，都不可能達(dá)到如此大，須要8個(gè)太陽(yáng)才才能達(dá)到如此大。假如我們根據(jù)光度來(lái)讓它幅射，太陽(yáng)一生也就是100億年釋放的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，須要1萬(wàn)個(gè)這樣的太陽(yáng)，把它全部能量加上去，但是它幅射的時(shí)間就在一分鐘之內(nèi)就釋放下來(lái)。可想而知，這樣的一個(gè)伽瑪射線暴前所未有的是特別明亮的。”
迄今發(fā)覺的最亮伽瑪射線暴（GRB）想像圖
但同時(shí)，伽瑪暴最亮的部份也是最難測(cè)的。甚至連世界上許多專門為觀測(cè)這樣的宇宙風(fēng)波而設(shè)計(jì)的空間望遠(yuǎn)鏡都出現(xiàn)了“數(shù)據(jù)飽和”的現(xiàn)象，也就是由于訊號(hào)過多而造成望遠(yuǎn)鏡“失明”。
熊少林說，高能所這次研究在國(guó)際上的優(yōu)勢(shì)和重要貢獻(xiàn)是，我國(guó)的慧眼衛(wèi)星和憑欄空間望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合精確偵測(cè)到了迄今最亮伽瑪射線暴從征兆幅射到主暴、耀發(fā)以及初期余輝的各個(gè)關(guān)鍵階段的幅射性質(zhì)。
“我們把最亮的伽瑪射線暴檢測(cè)得十分精準(zhǔn)，沒有任何遺失數(shù)據(jù)，這也是中國(guó)高能所對(duì)這個(gè)伽瑪射線暴的奇特貢獻(xiàn)，由于全世界其他的幾乎所有望遠(yuǎn)鏡都沒有精確檢測(cè)這個(gè)伽瑪射線暴，要不然就是‘暴’太亮了，它的數(shù)據(jù)遺失了，要不然就是它的衛(wèi)星沒有辦法檢測(cè)。”熊少林說。
之所以能做到精確偵測(cè)，是由于在此期間，憑欄空間望遠(yuǎn)鏡剛好處于才能記錄極高伽瑪射線流強(qiáng)的特殊觀測(cè)模式，防止了因極端色溫而容易形成的各類儀器效應(yīng)（包括數(shù)據(jù)飽和遺失、信號(hào)堆積、死時(shí)間過大等），成功對(duì)該伽瑪暴極端明亮的主暴進(jìn)行了完整而精確的偵測(cè)。而慧眼衛(wèi)星配備的高能X射線望遠(yuǎn)鏡憑著其在兆電子伏能區(qū)最大的有效面積，成功偵測(cè)到該伽瑪暴，并獲得了其征兆幅射和初期余輝的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。中科院高能所粒子天體化學(xué)中心院長(zhǎng)/研究員、慧眼衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南說，這是慧眼和極目的一次“神配合”。
“當(dāng)它爆發(fā)的五老峰過去以后，步入了比較暗的余輝階段的時(shí)侯，這會(huì)兒慧眼衛(wèi)星大面積發(fā)揮優(yōu)勢(shì)了，我們反倒把它這塊比較暗的這一部份又精確地給檢測(cè)下來(lái)了。我們既發(fā)揮了憑欄空間望遠(yuǎn)鏡（GECAM-C）才能容忍暴，沒有被‘亮瞎眼’，又發(fā)揮了慧眼衛(wèi)星在它比較暗了以后，又精確地做了檢測(cè)，給它結(jié)合上去。再加上慧眼衛(wèi)星旁邊還有掃描，讓憑欄（GECAM-C）衛(wèi)星前面也接上了，所以是一個(gè)神配合，把伽瑪射線暴從最開始仍然到前面都給精確地檢測(cè)下來(lái)了，這也是我們這篇論文報(bào)告的最主要的內(nèi)容。”張雙南說。
除此之外，張冰院長(zhǎng)介紹粒子天體物理，該伽瑪暴的余輝由慢衰減到快衰減的拐折出現(xiàn)得十分早，意味著形成伽瑪射線的噴流十分窄小，是人類偵測(cè)到的最窄小的伽瑪暴噴流之一。研究團(tuán)隊(duì)覺得，極為窄小的噴流可能是該伽瑪暴看起來(lái)極端明亮的誘因之一。
張冰說：“什么樣的一個(gè)中心引擎，可以在1分鐘內(nèi)把8個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化為能量，幾乎是不可能的。所以我們說它是一個(gè)有史以來(lái)最亮，實(shí)際上是兩個(gè)層次。在慧眼和憑欄之前，你們是說觀測(cè)到它是有史以來(lái)最亮，這么通過觀測(cè)我們做到本質(zhì)上它也是有史以來(lái)最亮的。在余輝的數(shù)據(jù)中找到了拐折，可以推斷較窄噴流的存在。這么總結(jié)上去此次慧眼和極目的觀測(cè)研究，對(duì)于深入理解伽瑪暴這些極端宇宙的爆發(fā)現(xiàn)象提供了嶄新視角。”
