圖①：科學荷載“高能爆發(fā)探求者”（示意圖）。圖②：“慧眼”衛(wèi)星（示意圖）。圖③：中國高海拔宇宙線觀測站（“拉索”）。以上均為中科院高能所供圖制圖：張丹峰
中國科大學高能化學研究所負責建設(shè)和運行管理的中國高海拔宇宙線觀測站（“拉索”）、科學荷載“高能爆發(fā)探求者”和“慧眼”衛(wèi)星三大科學裝置，近期同時偵測到迄今最亮的伽瑪射線暴（）。這是我國首次實現(xiàn)對伽瑪射線暴的天地多手段聯(lián)合觀測，打破了伽瑪射線暴色溫最高、光子能量最高、探測能量范圍最高等多項伽瑪射線暴觀測紀錄，對于闡明伽瑪射線暴的爆發(fā)機制具有重要價值。
比往年最亮伽瑪射線暴亮10倍以上
伽瑪射線暴是宇宙中最劇烈的天體爆發(fā)現(xiàn)象，首次發(fā)覺于上世紀60年代。伽瑪射線暴短至幾微秒，歷時數(shù)小時，釋放的能量超過太陽在其一生幅射能量的總和。持續(xù)時間較長的伽瑪射線暴形成于比太陽大幾十倍的星體恒星坍縮爆燃，而持續(xù)時間較短的伽瑪射線暴則形成于兩個致密天體（如黑洞或中子星）合并爆燃，還可能伴隨發(fā)射引力波。
伽瑪射線暴的觀測研究是天文前沿領(lǐng)域，近些年來不斷取得重大突破。2017年8月17日，在一個由兩顆中子星合并爆燃形成的伽瑪射線暴之前觀測到伴隨形成的引力波，這是人類首次在電磁波和引力波窗口同時觀測宇宙天體，開啟了多信使天文學的新時代。
這次，迄今最亮的伽瑪射線暴，近期被三大科學裝置同時偵測到。在這個伽瑪射線暴發(fā)生之前，人類偵測到的伽瑪射線暴色溫紀錄保持者是2013年4月27日發(fā)生的編號為的一個伽瑪射線暴，全世界幾乎所有重要望遠鏡都進行了觀測。
本次觀測中，“拉索”將伽瑪射線暴光子最高能量紀錄提高近20倍，在國際上首次打開10萬億電子伏波段的伽瑪射線暴觀測窗口，并與“慧眼”衛(wèi)星和“高能爆發(fā)探求者”一起，發(fā)覺這個爆發(fā)風波比往年人類觀測到的最亮伽瑪射線暴亮了10倍以上。
實現(xiàn)對伽瑪射線暴的天地多手段聯(lián)合觀測
本次偵測到的高硬度爆發(fā)，發(fā)生在距離月球24億光年處。這么明亮的伽瑪射線爆發(fā)，預(yù)計每幾六年甚至百年才能出現(xiàn)一次。本次“拉索”探測到了大量的高能光子，最高光子能量達到了18萬億電子伏，在國際上首次打開了10萬億電子伏波段的伽瑪射線暴觀測窗口。
“拉索”實驗中科院高能所團隊首席科學家曹臻研究員說：“這次‘拉索’在千億電子伏以上的甚高能區(qū)記錄到幾萬個光子訊號，將給出伽瑪射線暴最高能段的光變曲線最精細的檢測。”
憑著先進的偵測器設(shè)計，“高能爆發(fā)探求者”成功對伽瑪射線暴的軟伽瑪射線光變特點進列寬精度觀測，凸顯出早期爆發(fā)和后隨耀眼的演進過程。“慧眼”衛(wèi)星的高能、中能和低能X射線望遠鏡首次在伽瑪射線暴觀測中同時偵測到訊號，但是由于“慧眼”衛(wèi)星當時正在掃描觀測該天區(qū)，從而對這個迄今最亮伽瑪射線暴的余暉進行了及時檢測。
得益于中科院高能所近年天地一體化觀測能力建設(shè)的高速發(fā)展，尤其是“拉索”的成功建造和運行搶占國際領(lǐng)先地位，高能所首次實現(xiàn)對伽瑪射線暴的天地多手段聯(lián)合觀測，并獨家實現(xiàn)從最高的十幾萬億電子伏光子（“拉索”）到百萬電子伏伽瑪射線（“高能爆發(fā)探求者”）和千電子伏X射線（“慧眼”衛(wèi)星）的多譜段精細檢測，跨越超9個量級。
曹臻說：“在過去半個多世紀偵測到的數(shù)千個伽瑪射線暴中，最高能量光子達到大概1萬億電子伏（TeV）。本次‘拉索’探測到大量的高能光子伽瑪射線，最高光子能量達到18萬億電子伏。”
引起巨大反響，大量相關(guān)研究迅速展開
“拉索”是以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，由中國自主提出并設(shè)計建造。該觀測站坐落廣東省丹巴縣海拔4410米的海子山，主體工程于2021年7月完成建設(shè)并投入科學運行，是目前世界上靈敏度最高的超高能伽瑪射線天文臺，其運行開啟了“超高能伽瑪天文學”觀測時代。捕捉和高統(tǒng)計量觀測伽瑪射線暴是“拉索”的重要科學目標之一，這次色溫空前的爆發(fā)剛好發(fā)生在“拉索”視場的中心附近，為完成該項科學目標奠定了強大的觀測基礎(chǔ)。
“慧眼”衛(wèi)星是我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，于2017年6月發(fā)射運行，在軌觀測5年多來，已在黑洞、中子星、快榴彈電暴等方面取得一大批重要原創(chuàng)成果。
“高能爆發(fā)探求者”是去年7月發(fā)射的空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星的主要科學荷載之一，它采用“懷柔一號”衛(wèi)星所開創(chuàng)的新型偵測技術(shù)以及基于北斗短報文的準實時星地通訊方案伽瑪射線，才能迅速下傳觀測數(shù)據(jù)。“高能爆發(fā)探求者”目前處于在軌測試階段，預(yù)計將獲得更多重要成果。
伽瑪射線暴發(fā)生后，“拉索”實驗中科院高能所團隊迅速展開數(shù)據(jù)剖析，在爆發(fā)后不到十天就通過伽瑪射線暴協(xié)同觀測網(wǎng)（GCN）向國際同行發(fā)布初步觀測結(jié)果。進一步的數(shù)據(jù)剖析和科學研究正由“拉索”國際合作組成員竭力舉辦。中科院高能所“慧眼”衛(wèi)星和“高能爆發(fā)探求者”觀測運行團隊、載荷團隊和數(shù)據(jù)剖析團隊正迅速投入觀測剖析，并及時啟動機遇觀測。在項目團隊密切協(xié)作下，“慧眼”衛(wèi)星和“高能爆發(fā)探求者”已得到初步剖析結(jié)果，并通過天文電報和伽瑪射線暴協(xié)同觀測網(wǎng)向國際同行發(fā)布。
目前，偵測結(jié)果已在國際引起巨大反響，大量相關(guān)研究展開，涌現(xiàn)出關(guān)于新數(shù)學可能性的許多討論。這種檢測對宇宙中存在的背景光場等基本化學參數(shù)和模型將做出強烈的限制，預(yù)計會形成重要的認知水平提高。
(本報記者吳月輝)《人民晚報》（2022年10月18日第14版）
