中國網/中國發展門戶網訊 （記者王振紅） 2023年6月9日，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，中文簡稱“拉索”）對命名為GRB 221009A的伽馬射線暴（Gamma Ray Burst，GRB）的最新觀測研究成果線上發表于《科學》（Science）雜誌，題為“極亮伽馬射線暴221009A窄噴流的萬億電子伏特余輝”（A tera-electronvolt afterglow from a narrow jet in an extremely bright gamma-ray burst 221009A）。該論文由LHAASO國際合作組完成。本篇論文的數據分析結果由中國科學院高能物理研究所給出，理論解釋由南京大學、中國科學技術大學等提供，通訊作者為王祥玉、姚志國、戴子高、查敏、黃勇、鄭見合。

藝術想像：拉索探測伽馬射線暴GRB 221009A （中國科學院製作）

約20億年前，一顆比太陽重20多倍的“超級太陽”大品質恒星燃燒完其核聚變燃料，瞬間坍縮引發巨大的爆炸火球，發出了一個持續幾百秒的巨大“宇宙煙花”伽馬射線暴。火球與星際物質碰撞産生的大量萬億電子伏特高能伽馬光子穿過茫茫宇宙，徑直飛向地球，于2022年10月9日晚上21時20分50秒抵達“拉索”的視場範圍，6萬多個伽馬光子被“拉索”收集到。經過幾個月的分析，科學家們終於揭開了這場爆炸事件的面紗。

“拉索”以超過250倍標準偏差的高顯著水準觀測到了伽馬射線暴GRB 221009A的爆發。

“拉索”首次精確測量高能光子爆發的完整過程

“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”，也稱為暫態輻射，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産生“後隨爆炸”，也稱為余輝。“‘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。” 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説。

憑藉對上萬個伽馬射線暴的觀測，科學家們已經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。鋻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。

高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，“拉索”）（中國科學院高能物理研究所供圖）

“拉索”首次測量到高能光子流量的快速增強過程

“在後隨爆炸過程中，‘拉索’首次探測到光子流量的極速增強。” 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説。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。究竟存在著什麼樣的機制？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。

高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，“拉索”）（中國科學院高能物理研究所供圖）

“拉索”發現了此伽馬射線暴歷史最亮的秘密

“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，亮度突然快速減弱了。“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説。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，意味著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。

高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，“拉索”）（中國科學院高能物理研究所供圖）

“拉索”在最高能段的高統計量觀測，將會揭示更多的謎團

在這個事件持續的十分鐘內，“拉索”記錄到的光子數超過了過去幾年對“標準燭光”蟹狀星雲觀測積累。“若把選擇條件降到最低，光子數可以達到10萬！”論文通訊作者之一、中國科學院高能物理研究所研究員查敏説。對比同能區其他實驗裝置，甚至是專門設計來追蹤伽馬暴的設備，它們測到的光子數目僅在千個以下的水準，且都只測到了爆炸過後60秒以晚的“余輝”。“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。” 曹臻對LHAASO下一階段成果給出了樂觀的預期。

“拉索”測量得到的伽馬射線暴221009A在5個時間段的本徵譜與觀測譜，能量範圍約在2千億到7萬億電子伏特之間。

“拉索”觀測到的3千億到5萬億電子伏特能量範圍的GRB221009A余輝輻射的光變過程與能譜指數演化，以及函數擬合。“拉索”首次實現了伽馬射線暴千億電子伏特以上余輝輻射過程的完整觀測，發現了余輝輻射過程的快速增長現象，發現了伽馬射線暴GRB221009A余輝輻射過程的快速衰減現象。