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l(fā)生，部份緣由在于，所有已知的伽瑪射線暴都來自十分特別遙遠(yuǎn)的地方——通常距離月球數(shù)十億光年，以至于無法確定它來自那里，于是伽瑪射線暴一度是宇宙之謎。
經(jīng)歷了漫長的探求，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、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)時間一般長于2秒。
熊少林說：“大質(zhì)量星體像超新星爆燃，中間可能會產(chǎn)生一個黑洞，黑洞的引力特別強(qiáng)，它都會把一部份物質(zhì)吞噬掉，但它們也不一定會把所有的物質(zhì)全都吞掉，而是會向兩極方向噴下來一些物質(zhì)，但是它的噴射速率十分快，接近光速，這么噴射下來的東西我們叫它噴流，像噴泉一樣，噴流里面可能會發(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。”
只有噴流剛好對準(zhǔn)月球時，人類才有機(jī)會偵測到這種幅射。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，它們在繞轉(zhuǎn)并合到最后翻車在一起，也會形成爆燃和噴流。
看到這兒，一定會有人想問，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，“這個幅射就是來自噴流上面形成的，當(dāng)噴流跟外邊星際介質(zhì)互相作用的時侯，它會形成更多的幅射，這個幅射的能段更寬，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’的一個重大成果），所以總的來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)鏡是對瞬時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到了近萬例伽瑪射線暴。并且極端明亮的伽瑪射線暴，常常被覺得是特殊重要的。由于明亮帶來的益處是可以幫助人類更好觀測它，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，來自中國的這項(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。
“千年一遇和萬年一遇是一個哪些樣的概念？你想想在上一次發(fā)生的時侯，倘若是一千年的時侯，這么我們當(dāng)時還正在宋朝，倘若是一萬年，我們當(dāng)時還是山頂洞人的時侯。而這樣一個伽瑪暴恰好是發(fā)生在了這個時侯，人類步入了才能觀測伽瑪射線暴的時代，但是中國有兩架空間望遠(yuǎn)鏡可以同時觀測它，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)覺這個伽瑪暴的絕對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次方爾格是一個哪些樣的概念？也就是把一個太陽完全消失掉，把它全部轉(zhuǎn)化為能量，都不可能達(dá)到如此大，須要8個太陽才才能達(dá)到如此大。假如我們根據(jù)光度來讓它幅射，太陽一生也就是100億年釋放的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，須要1萬個這樣的太陽，把它全部能量加上去，但是它幅射的時間就在一分鐘之內(nèi)就釋放下來。可想而知，這樣的一個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，伽瑪暴最亮的部份也是最難測的。甚至連世界上許多專門為觀測這樣的宇宙風(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，也就是由于訊號過多而造成望遠(yuǎn)鏡“失明”。
熊少林說，高能所這次研究在國際上的優(yōu)勢和重要貢獻(xiàn)是，我國的慧眼衛(wèi)星和憑欄空間望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合精確偵測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關(guān)鍵階段的幅射性質(zhì)。
“我們把最亮的伽瑪射線暴檢測得十分精準(zhǔn)，沒有任何遺失數(shù)據(jù)，這也是中國高能所對這個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)鏡都沒有精確檢測這個伽瑪射線暴，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。”熊少林說。
之所以能做到精確偵測，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、信號堆積、死時間過大等），成功對該伽瑪暴極端明亮的主暴進(jìn)行了完整而精確的偵測。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/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侯，這會兒慧眼衛(wèi)星大面積發(fā)揮優(yōu)勢了，我們反倒把它這塊比較暗的這一部份又精確地給檢測下來了。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，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下來了，這也是我們這篇論文報告的最主要的內(nèi)容。”張雙南說。
除此之外，張冰院長介紹粒子天體物理，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極端明亮的誘因之一。
張冰說：“什么樣的一個中心引擎，可以在1分鐘內(nèi)把8個太陽的質(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有史以來最亮，實(shí)際上是兩個層次。在慧眼和憑欄之前，你們是說觀測到它是有史以來最亮，這么通過觀測我們做到本質(zhì)上它也是有史以來最亮的。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研究，對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。”