中青報·中青網見習記者楊潔
那是一個頓時照耀宇宙的時刻。
一場極端的天體爆發，形成了極為窄小、極端明亮、接近光速運動的噴流，各向同性能量相當于在1分鐘內釋放8個太陽質量的全部能量。當噴流剛好對準月球時，相距24億光年的人類才有機會偵測到這種幅射，見到了千年一遇、迄今最亮的“宇宙煙火”。
“全球好多天文科學家為此沸騰了。”中國科大學高能化學研究所粒子天體化學中心院長、“慧眼”衛星首席科學家張雙南說。
這剎那間被“慧眼”衛星和“極目”空間望遠鏡捕獲。它們成功地在硬X射線和軟伽瑪能段，對該伽瑪暴的瞬時幅射和初期余輝進行了國際最高精度的檢測，發覺其具有迄今觀測到的最大照度，將伽瑪射線暴（以下簡稱伽瑪暴）的色溫紀錄提高了50倍。
3月29日下午2點，中國科大學高能化學研究所與全球40余家科研機構聯合發布對迄今最亮伽瑪暴（編號GRB）的研究成果。這一發覺為千年一遇的天體爆發的研究作出了奇特貢獻。
“慧眼”衛星和“極目”空間望遠鏡觀測迄今最亮伽瑪暴示意圖。中科院高能化學所供圖
讓全球科學家沸騰的“光”
“我們不期望在有生之年才能再見到一次。”張雙南感慨。
伽瑪暴是宇宙大爆燃以后最劇烈的爆燃現象，包括兩種類型，一類形成于很大質量星體的核心坍縮爆燃，持續時間一般長于2秒，這次發覺的伽瑪暴即屬于這種。另一類形成于兩顆極端致密天體（中子星、黑洞等）的合并爆燃，持續時間一般短于2秒，并同時發出引力波。
這兩類天體爆燃均能形成一顆黑洞或中子星等極端致密天體，其通過極強引力吞噬周圍物質并以接近光速從兩極噴射物質，產生一對相反方向的噴流。噴流內部的激波或磁重聯等過程加速帶電粒子形成伽瑪射線幅射，稱之為瞬時幅射；噴流和周圍的星際介質互相作用也能形成幅射，稱之為余輝。
“只有噴流剛好對準月球時，人類才有機會偵測到這種幅射。”張雙南解釋，距離月球較近的大質量星體核心坍縮爆燃，且能形成巨大能量、狹窄噴流的現象十分稀少，“今后千年的時間里，科學家們都不太可能觀測到這個現象，這也意味著后續數十代的科學家都只能依賴這次觀測數據展開研究。”
1967年，自人類發覺首個伽瑪暴以來，已偵測到近萬例伽瑪暴。2022年10月9日，包括中國科大學高能化學研究所牽頭建造的空間和地面觀測設備在內的全球諸多天文設施粒子天體物理，均觀測到這個迄今最亮的伽瑪暴，其形成于距離月球24億光年的宇宙深處。
“上一次，高色溫伽瑪暴發生的時侯，其實是在一萬年前，我們還是山頂洞人，其實是在千年之前，那時我們的科學技術還沒有發展上去。現今人類技術步入了觀測時代，中國就有兩個望遠鏡可以精準偵測。”美國科羅拉多學院拉斯維加斯學校院長張冰提及，在所有天體活動中，越是極端的現象，出現的數量就越少。假如錯過了此次機會，人類可能還要再等到上千年或則上萬年。
“伽馬暴的出現是隨機的，當它出現的時侯會照耀整個宇宙。”張冰提及，該伽瑪暴具有極端的照度和相對較近的距離，可以稱之為千年一遇的歷史性風波。
中國科大學高能化學研究所粒子天體化學中心副所長、研究員，“極目”空間望遠鏡首席科學家熊少林進一步解釋：“這次有三個地方很特殊，它離我們很近，輻射出來的單位立體角能量十分高，張角也很小，這三個誘因結合上去，大約是千年間能夠見到這樣伽瑪暴。”
迄今最亮伽瑪暴GRB想像圖。中科院高能化學所供圖
沒有被“亮瞎眼”的“雙目”
這場“宇宙煙火”有多亮？
基于“極目”空間望遠鏡的精確觀測數據，研究團隊發覺該伽瑪暴具有迄今偵測到的最高色溫，并將伽瑪暴色溫紀錄提高了50倍。
從能量角度去理解，因為伽瑪暴距離月球非常遙遠，對它發出的所有伽瑪射線來說，人類可以偵測到的只是滄海一粟粒子天體物理，一般難以知曉伽瑪暴向人類視線之外的方向幅射了多少能量。
研究團隊做了一個假定，假如伽瑪暴向各個方向幅射了幾乎相同數目的伽瑪射線，這么按照偵測到的伽瑪射線和伽瑪暴的距離，可估算該伽瑪暴向各個方向發出的所有伽瑪射線的總能量，即各向同性能量。
“這個伽瑪暴的各向同性能量打破了紀錄，超過10的55次方爾格，相當于在1分鐘內釋放8個太陽質量的全部能量。”熊少林說。
我國專門為偵測伽瑪暴和引力波電磁對應體而建造的“極目”空間望遠鏡，聯合我國首臺空間X射線天文望遠鏡“慧眼”衛星，在硬X射線和軟伽瑪射線能段精確描畫了該伽瑪暴從征兆幅射到主暴、耀發以及初期余輝的各個關鍵階段的幅射性質。
中科院高能所粒子天體化學中心研究員、“極目”空間望遠鏡荷載總師李新喬打了一個形象的比喻，假如肉眼去直視太陽，人類很難承受耀眼的亮光。并且假如戴上了太陽鏡，才能清楚地觀測太陽。
因為該伽瑪暴色溫極高，國際上絕大多數偵測設備發生了嚴重的數據飽和遺失等問題，未能獲得精確檢測結果。
“我們把伽瑪暴最難檢測的部份，也就是伽瑪暴最亮的部份進行了精確檢測。這在國際上是獨一無二的。”熊少林說。
2022年發射的“極目”空間望遠鏡是此次重大發覺的“大功臣”。熊少林解釋，這顆衛星的軌道會穿過一些噪音比較高的區域，通常的做法是在經過那些區域時關閉偵測器。假如12個偵測器全部開機，這么設備會形成巨大的數據量。國際上大部份偵測器因而發生了數據飽和、丟失等問題。
“我們沒那么做，讓它保留一個偵測器開機。”熊少林介紹，這次觀測，“極目”空間望遠鏡處在一種特殊的工作模式中，借助保留的偵測器獲得了精準偵測的重要產出。讓他感覺辛運的是，假如沒有這種設計，這么人類就沒有一個設備才能完成這次精準檢測，將會與千年一遇的伽瑪暴擦肩而過。
慶幸，沒有被“亮瞎”的“雙目”展開了精美的工作。“極目”空間望遠鏡剛好處于才能記錄極高伽瑪射線流強的特殊觀測模式，防止了因極端色溫而容易形成的數據飽和遺失、信號堆積、死時間過大等各類儀器效應，成功對該伽瑪暴極端明亮的主暴進行了完整而精確的偵測。而“慧眼”衛星配備的高能X射線望遠鏡，憑著其在兆電子伏能區最大的有效面積，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量數據。
熊少林說，這次還采取了天地聯合觀測，配合天上運行的兩顆衛星，地面有高海拔宇宙線觀測站展開了詳盡觀測，具體數據后續將重磅公布。
法國一位科學家菲利波·弗龍泰拉說：“在對此次風波的諸多觀測里，破紀錄的伽瑪暴的結果，是特別具有挑戰性和奇特性的。那些極高質量的數據始于‘慧眼’衛星和‘極目’空間望遠鏡的巧妙設計。并且只有在一個特別有經驗的團隊，就能完滿完成這種優秀的設計。”
人類正揭露極端宇宙爆發真相的一角
一個色溫提高了50倍的伽瑪暴能透漏什么宇宙信息？
“亮源會有兩種可能性，第一個是離月球十分近，第二個是源本身能力和廣度十分大。”張冰解釋，好比人類去看一個蠟燭和一座燈塔，常常會認為蠟燭更亮，那是由于蠟燭離人的距離更近。
通過觀測發覺，伽瑪暴距離月球24億光年。從“慧眼”和“極目”的聯合觀測結果可以推斷，該伽瑪暴的余輝由慢衰減到快衰減的拐折出現得十分早，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。
研究團隊覺得，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。“本次‘慧眼’和‘極目’的觀測研究對于深入理解這些極端宇宙爆發現象提供了嶄新視角。”張雙南說。
精準偵測的數據只是揭露了極端宇宙爆發真相的一角。
“伽馬暴為何如此亮？為何還能形成窄小的噴流？如有一部份伽瑪暴可以形成引力波。這么哪些樣的引力波風波可以形成伽瑪暴？”熊少林覺得，對于伽瑪暴領域來說，有更多未解之謎。
“這一謎底的揭露須要一代又一代人的夢想接力。”中科院教授，“慧眼”衛星提出者、預研和工程研發階段首席科學家李惕碚說。
1993年，李惕碚、吳枚等人提出“慧眼”衛星項目建議。自2017年6月15日發射升空以來，“慧眼”衛星已在軌穩定運行超過5年，在黑洞、中子星、快榴彈電暴等領域碩果累累。2022年7月27日，“極目”衛星搭載中國科大學微小衛星創新研究院牽頭研發的空間新技術試驗衛星發射入軌，“睜眼”看到了一大批伽瑪暴、磁星爆發、快榴彈電暴的高能對應體、太陽日冕以及月球伽瑪閃等高能爆發現象。
“多年前我們使用的是美國的天文數據。外國人一個電話能夠曉得最新的天文數據，而我們要到第二天才能曉得。”李惕碚說。
現在中國有了自己的天文數據。李惕碚說：“說我們中國沒有第一手的數據，哪個時代早已過去了。”
他并不滿足于此，“現在發覺的還是現象，只有提出理論創新，才有可能促進科研突破。”
下一步，中國科學家們將對最大伽瑪線暴進行愈發深入研究，與國際科研機構聯合，借助兩個望遠鏡舉辦更多伽瑪線暴的偵測數據，布署新的空間項目計劃。