人民日报 2023-06-10 12:56 发表于北京
一颗质量是太阳20余倍的“超级太阳”恒星，在约20亿年前其核聚变燃料燃烧殆尽，在坍缩的瞬间引发了巨大的爆炸火球，产生了一个持续几百秒的巨大“宇宙烟花”伽马射线暴（以下简称伽马暴）。火球与星际物质碰撞产生的大量万亿电子伏特高能伽马光子穿过茫茫宇宙，径直飞向地球，最终于2022年10月9日晚上21时20分50秒刚好抵达中国高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）的视场范围，在这场万年难遇的天文现象中，约6万多个伽马光子被“拉索”收集到。经过几个月的分析，科学家们终于揭开了这场爆炸事件的神秘面纱。
相关观测研究成果于2023年6月9日在线发表于国际顶级科学杂志《科学》（Science）。参与该项研究的中国科学家近日在接受记者采访时表示，此次观测研究成果将是一次“教科书级别”的成果，有望产生许多“颠覆性”的发现。
1“真的非常幸运”
伽马暴是天体物理学界公认的宇宙中最剧烈的爆发现象，其几秒钟辐射的能量相当于太阳100亿年辐射能量的总和。而经过半个世纪的研究，人们认识到伽马暴产生于特别极端的物理环境，比如极高的磁场、极强的引力、极快的速度等等，伽马暴由此成为天体物理甚至基础物理领域青睐的极端物理实验室。人们期望利用伽马暴研究宇宙的演化历史、重元素的起源以及相对论的正确性等重大问题，而在这之前必须对伽马暴自身的物理起源具备深刻的了解。
“拉索”首席科学家、中科院高能物理所研究员曹臻近日在接受采访时，用“非常幸运”形容此次“拉索”完整记录大质量恒星死亡瞬间万亿电子伏特伽马射线爆发的全过程。在曹臻看来这绝对是一次概率极小的事件，一场持续几百秒的极亮伽玛暴，在经过20亿年的“飞行”来到地球，“拉索”是世界上唯一一个正对伽玛暴射线源的地面探测器，因此得以完美地捕捉到了这场天文奇观。
北京师范大学天文系高鹤教授介绍称，迄今为止已有上万个伽马暴被人类捕获，而每一次对伽马暴认知的突破几乎都得益于一些特殊事例的观测。在2022年10月9日的夜晚，这个后来被命名为GRB221009A的伽玛暴被探测到，这也是有记录以来最亮的伽马暴，科学家推断如此亮的伽马暴扫过地球的概率是万年一次。这一次人类是极其幸运的，因为GRB221009A恰好落在了“拉索”的最佳观测范围内。“拉索”首次在TeV能量处给出了伽马暴完整的光变曲线与能谱，这一观测结果大大增进了人类对伽马暴辐射机制以及喷流结构等方面的理解。
论文通讯作者之一、中国科学技术大学教授戴子高告诉记者，“拉索”的此次观测凸显了特殊的意义。他将此次伽马射线暴现象比喻成一个“胚胎”，“拉索”此次采用的TeV观测则完整地发现这个“胚胎”是如何从一个“受精卵”最后成长为一个“胎儿”的过程。“TeV观测就相当于是一个‘B超’，去准确地观察这个过程，这也是我们第一次如此完整地去认识到这样一个过程。”戴子高称。
2此次观测收获多项“首次发现”
目前，“拉索”已经从这场伽玛射线暴中记录到6万多个伽马光子，曹臻表示，这是一个惊人的数据，这体现出此次观测到的伽玛暴的亮度非常可观。
据了解，此次观测中，“拉索”首次精确测量高能光子爆发的完整过程。曹臻表示，凭借对上万个伽马射线暴的观测，科学家们已经建立了近乎完美的理论模型，“拉索”实现了其它实验没有达到的高能量波段光变过程的教科书式的完整观测，对理论模型的精确检验提供了实验基础。鉴于此次爆发万年不遇的稀缺性，这个观测结果预期将在今后几十甚至上百年内保持最佳。
此外，“拉索”还首次测量到高能光子流量快速增强的过程。该论文通讯作者之一、中国科学院高能物理研究所研究员姚志国表示，相信此次发表的观测结果将会引发科学界对伽马射线暴能量注入、光子吸收、粒子加速等机制的深入探讨。
在此次万年难遇的观测中，“拉索”还发现了此次伽马射线暴成为历史最亮的秘密。戴子高认为，“正是由于‘拉索’碰巧正对喷流最明亮的核心，自然也就解释了为什么这个伽马射线暴是有史以来最亮的，也进一步解释了为什么这样的事件极其罕见。”
3“运气都是留给有准备的人”
虽然许多科学家都用“极其幸运”来形容此次观测的罕见程度，但是曹臻同时指出，运气都是留给有准备的人。当这场20亿年前发生的伽玛暴来到地球时，性能卓越的“拉索”没有错过这次“眷顾”。
位于四川省稻城县平均海拔4410米的海子山上、占地面积约1.36平方公里的“拉索”，是由5216个电磁粒子探测器与1188个缪子探测器联合构成的1平方公里的地面簇射粒子探测器阵列（KM2A）、3120个探测单元构成的78000平方米的水切伦科夫探测器阵列（WCDA）、18台望远镜构成的广角切伦科夫望远镜阵列这三种阵列组成。“拉索”于2021年7月全部投入运行。
“‘拉索’的特殊之处在于，在它之前，人类还没有如此高灵敏度的地面设备去开展伽马暴的探测。”曹臻表示，“拉索”的优势表现在，它首先可实现24小时不间断探测，其次是完全不受气候条件影响，再者“拉索”具有大视场的特点，一次可观测六分之一天空的范围，而伽马射线望远镜一次只能观测一个点，一颗星。上述这些因素加起来，就使得“拉索”成为那个“幸运儿”。