中國「拉索」錄下千年一遇「宇宙煙花」

（大公報記者 劉凝哲）約20億年前，約24億光年外的一顆比太陽重20多倍的「超級太陽」大質量恆星燃燒完其核聚變燃料，瞬間坍縮引發巨大爆炸火球，發出了持續幾百秒的巨大「宇宙煙花」──伽馬射線暴。火球與星際物質碰撞產生的大量萬億電子伏特高能伽馬光子穿過宇宙，飛向地球，於2022年10月9日晚上21時20分50秒抵達位於四川的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，中文簡稱「拉索」）的視場範圍，6萬多個伽馬光子被「拉索」收集到。經幾個月分析，科學家們終於揭開該事件面紗，在世界上首次製作完成「宇宙煙花」完整全過程紀錄片。鑒於此次爆發千年不遇的稀缺性，此結果預期在今後幾十甚至上百年內保持最佳。

6月9日，這項觀測研究成果以「極亮伽馬射線暴221009A窄噴流的萬億電子伏特餘輝」（A tera-electronvolt afterglow from a narrow jet in an extremely bright gamma-ray burst 221009A）為題在線發表於《科學》（Science）雜誌，論文由LHAASO國際合作組完成。

教科書式觀測 可保「百年最佳」

LHAASO項目首席科學家、LHAASO國際合作組發言人、中國科學院高能物理研究所研究員曹臻表示，「拉索」收集到的信號細節表明，探測到的光子來源於主爆之後的後隨爆炸。伽馬射線暴事件的「主爆」，也稱為瞬時輻射，是初始階段的巨大的爆炸，表現為強烈的低能的伽馬射線輻射。接近於光速的爆炸物與周圍環境氣體碰撞則產生「後隨爆炸」，也稱為餘輝。「『拉索』首次精確地觀測了『後隨爆炸』的完整過程，記錄了萬億電子伏特伽馬射線流量增強和衰減的整個階段。

值得一提的是，憑藉對上萬個伽馬射線暴的觀測，科學家們已建立了似乎完美的理論模型，甚至於對它深信不疑了。「拉索」實現了其他實驗沒有達到的高能量波段光變過程的教科書式的完整觀測，對理論模型的精確檢驗提供了實驗基礎。鑒於此次爆發千年不遇的稀缺性，這個觀測結果預期將在今後幾十甚至上百年內將保持最佳。

論文通訊作者之一、中國科學院高能物理研究所研究員姚志國說，在後隨爆炸過程中，「拉索」首次探測到光子流量的極速增強。不到兩秒的時間內流量增強了100多倍，之後的緩慢增長行為卻符合後隨爆炸的預期特徵。早期如此快速的增強現象超出了以往理論模型的預期。科學家們相信，此次發表的觀測結果將會引發科學界對伽馬射線暴能量注入、光子吸收、粒子加速等機制的深入探討。

成果獨一無二 後續更多揭秘

「拉索」觀測表明，高能輻射在起爆之後不到10分鐘的某個時刻，亮度突然快速減弱。「這可解釋為爆炸後的拋射物是噴流狀的結構，當輻射張角擴展到了噴流的邊緣時造成亮度快速下降。」論文通訊作者之一，南京大學教授王祥玉說。由於這個亮度轉折發生時間極早，由此測出了噴流的張角也極小，僅0.8度。這是迄今知道的最小張角的噴流，意味着觀測到的實際上是一個典型內亮外暗噴流的最明亮的核心。「正是由於觀測者碰巧正對噴流最明亮的核心，自然地解釋了為什麼這個伽馬射線暴是歷史上最亮的，也解釋了為什麼這樣的事件極其罕見。」論文通訊作者之一，中國科學技術大學教授戴子高表示。

對於此次觀測，曹臻表示，這是獨一無二的「拉索」，取得的獨一無二的成果。他說，截至當下，本場爆炸事件還有其他的許多新發現，科學家們還在不懈地深耕「拉索」的數據，力圖揭示更多的奧秘，敬請等待「拉索」的後續數據分析成果。

「守株待兔」 從第一秒就精確記錄

2022年10月9日北京時間21時16分59.59秒，費米衛星（Fermi spacecraft）首先探測到一個異常明亮的伽馬暴，根據國際慣例命名為GRB221009A，後續幾十個空間和地面探測器都對此進行了觀測。這個伽馬暴為長暴，其亮度比以往高幾十倍以上，過高的光子流量使多個國際實驗的探測器發生飽和。中國高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）、高能爆發探索者（HEBS）衛星和慧眼（Insight-HXMT）衛星同時探測到這個伽馬暴，實現了跨越11個量級的寬能量範圍天地協同觀測。

曹臻表示，作為地面觀測站，「拉索」是「守株待兔」式的觀測，GRB 221009A恰好落在了「拉索」的最佳觀測視場範圍內。「拉索」充分發揮了靈敏度高的優勢，從第一秒就精確記錄，得到了完整觀測數據。所以天文學家說，這是人類的幸運──宇宙中最亮麗的煙花，恰好被人類最清晰的攝像頭捕捉到了。

「拉索」是以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎設施，位於四川稻城海子山，平均海拔4410米，佔地面積約1.36平方公里。LHAASO由三個陣列組成：5216個電磁粒子探測器與1188個繆子探測器聯合構成的1平方公里的地面簇射粒子探測器陣列（KM2A）、3120個探測單元構成的78000平方米的水切倫科夫探測器陣列（WCDA）、18台望遠鏡構成的廣角切倫科夫望遠鏡陣列（WFCTA），可以寬波段、多手段地測量來自於高能天體的伽馬射線和宇宙線。

（來源：大公報A12：要聞 2023/06/10）