中國科學院高能物理研究所(中科院高能所)負責建設和運作管理的中國高海拔宇宙線觀測站(LHAASO，昵稱“拉索”)、“高能爆發探索者”(HEBS)和“慧眼”衛星(Insight-HXMT)等三大科學裝置，近日通過天地聯合，同時探測到迄今最亮的編號GRB 221009A伽馬射線暴，打破了伽馬射線暴光子最高能量、最亮伽馬射線等人類觀測宇宙中伽馬射線暴的多項記錄。
比以往最亮伽馬射線暴亮10倍以上
中科院高能所介紹説，史上最亮的GRB 221009A伽馬射線暴，于北京時間10月9日21時17分被該所三大科學裝置同時探測到。本次觀測中，“拉索”將伽馬射線暴光子最高能量記錄提升近20倍，在國際上首次打開10萬億電子伏波段的伽馬射線暴觀測窗口，並與“慧眼”衛星和“高能爆發探索者”觀測一起，發現這個宇宙事件比以往人類觀測到的最亮伽馬射線暴亮了10倍以上。
伽馬射線暴是宇宙中最劇烈的天體爆發現象，首次發現于上世紀60年代。伽馬射線暴短至幾毫秒，長達數小時，釋放的能量超過太陽在其一生輻射能量的總和。持續時間較長的伽馬射線暴産生於比太陽大幾十倍的恒星星體坍縮爆炸，而持續時間較短的伽馬射線暴則産生於兩個緻密天體(如黑洞或中子星)合併爆炸，後者還可能伴隨發射引力波。
得益於中科院高能所近些年天地一體化觀測能力建設的高速發展，尤其是“拉索”的成功建造和運作佔據國際領先地位，使中國首次實現對伽馬射線暴的天地多手段聯合觀測，並獨家實現從最高的十幾萬億電子伏光子(“拉索”)到百萬電子伏伽馬射線(“高能爆發探索者”)和千電子伏X-射線(“慧眼”衛星)的多譜段精細測量，跨越9個量級。
高能物理學家認為，這些觀測結果打破了多項伽馬射線暴觀測的記錄，對於揭示伽馬射線暴的爆發機制具有重要價值。
及時向國際發佈觀測結果引發巨大反響中科院高能所指出，此次觀測到的GRB 221009A伽馬射線暴，其高強度的爆發發生在距離地球20多億光年處，如此近距離的伽馬射線爆發估計幾十年甚至百年才出現一次。在過去半個多世紀探測到的數千個伽馬射線暴中，最高能量光子達到大約1萬億電子伏。“拉索”本次以無與倫比的接收度探測到大量的高能光子，最高光子能量達到18萬億電子伏。
GRB 221009A伽馬射線暴發生後，“拉索”實驗中科院高能所團隊在首席科學家曹臻研究員帶領下迅速展開數據分析，在爆發後不到兩天內就通過伽馬射線暴協同觀測網(GCN)向國際同行發佈初步觀測結果。進一步的數據分析和科學研究正由“拉索”國際合作組成員全力開展。中科院高能所“慧眼”衛星和“高能爆發探索者”觀測運作團隊、載荷團隊和數據分析團隊，在“慧眼”衛星首席科學家張雙南研究員和“高能爆發探索者”項目首席科學家熊少林研究員的帶領下，正迅速投入觀測分析，並及時啟動機遇觀測。在項目團隊密切協作下，“慧眼”衛星和“高能爆發探索者”已得到初步分析結果，並通過天文電報和伽馬射線暴協同觀測網向國際同行發佈。
中國科學家探測到迄今最亮伽馬射線暴的結果已在國際上引發巨大反響，大量相關研究迅速展開，涌現出關於新物理可能性的許多討論。同時，這些測量對宇宙中存在的背景光場等基本物理參數和模型將做出強烈的限制，預計會産生重要的認知水準的提升。
對建立伽馬射線暴爆發機制模型極為重要
中科院高能所研究團隊表示，這次“拉索”在千億電子伏以上的甚高能區記錄到幾萬個光子信號，將給出伽馬射線暴最高能段的光變曲線最精細的測量。憑藉先進的探測器設計，“高能爆發探索者”成功對GRB 221009A伽馬射線暴的軟伽馬射線光變特徵進行高精度觀測，完美展現出初期爆發和後隨閃耀的演化過程。“慧眼”衛星的高能、中能和低能X射線望遠鏡首次在伽馬射線暴觀測中同時探測到信號，而且因為“慧眼”衛星當時正在掃描觀測該天區，從而對這個迄今最亮伽馬射線暴的余輝進行了及時監測。這些能量相差上十億倍的測量結果，對於建立正確的伽馬射線暴爆發機制模型極為重要。
“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，由中國自主提出並設計建造。該觀測站位於四川省稻城縣海拔4410米的海子山，主體工程于2021年7月完成建設並投入科學運作，是目前世界上靈敏度最高的超高能伽馬射線天文臺，其運作開啟了“超高能伽馬天文學”觀測時代。捕捉和高統計量觀測伽馬射線暴是“拉索”重要科學目標之一，此次亮度空前的爆發正好發生在“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。
“慧眼”衛星是中國第一顆空間X射線天文衛星，于2017年6月發射運作，在軌觀測5年多來已在黑洞、中子星、快速射電暴等方面取得一大批重要原創成果。
“高能爆發探索者”于2022年7月發射，是中國近期發射的空間新技術試驗衛星的主要科學載荷之一，它採用“懷柔一號”衛星所開創的新型探測技術以及基於北斗短報文的準實時星地通訊方案，能夠迅速下傳觀測數據。“高能爆發探索者”目前處於在軌測試階段，預期將獲得更多重要成果。(完)