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近日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所(中科院高能所)負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)行管理的中國(guó)高海拔宇宙線觀測(cè)站(LHAASO，昵稱“拉索”)、“高能爆發(fā)探索者”(HEBS)和“慧眼”衛(wèi)星(Insight-HXMT)等三大科學(xué)裝置，通過(guò)天地聯(lián)合，同時(shí)探測(cè)到迄今最亮的編號(hào)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(cè)宇宙中伽馬射線暴的多項(xiàng)記錄。
“慧眼”衛(wèi)星觀測(cè)迄今最亮的伽馬射線暴GRB 221009A，綠色點(diǎn)線代表望遠(yuǎn)鏡指向的掃描軌跡?！≈锌圃焊吣芩?供圖
這次發(fā)現(xiàn)比以往最亮伽馬射線暴亮10倍以上
中科院高能所介紹說(shuō)，史上最亮的GRB 221009A伽馬射線暴，于北京時(shí)間10月9日21時(shí)17分被該所三大科學(xué)裝置同時(shí)探測(cè)到。本次觀測(cè)中，“拉索”將伽馬射線暴光子最高能量記錄提升近20倍，在國(guó)際上首次打開(kāi)10萬(wàn)億電子伏波段的伽馬射線暴觀測(cè)窗口，并與“慧眼”衛(wèi)星和“高能爆發(fā)探索者”觀測(cè)一起，發(fā)現(xiàn)這個(gè)宇宙事件比以往人類觀測(cè)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(fā)現(xiàn)象，首次發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)60年代。伽馬射線暴短至幾毫秒，長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，釋放的能量超過(guò)太陽(yáng)在其一生輻射能量的總和。持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的伽馬射線暴產(chǎn)生于比太陽(yáng)大幾十倍的恒星星體坍縮爆炸，而持續(xù)時(shí)間較短的伽馬射線暴則產(chǎn)生于兩個(gè)致密天體(如黑洞或中子星)合并爆炸，后者還可能伴隨發(fā)射引力波。
得益于中科院高能所近些年天地一體化觀測(cè)能力建設(shè)的高速發(fā)展，尤其是“拉索”的成功建造和運(yùn)行占據(jù)國(guó)際領(lǐng)先地位，使中國(guó)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)伽馬射線暴的天地多手段聯(lián)合觀測(cè)，并獨(dú)家實(shí)現(xiàn)從最高的十幾萬(wàn)億電子伏光子(“拉索”)到百萬(wàn)電子伏伽馬射線(“高能爆發(fā)探索者”)和千電子伏X-射線(“慧眼”衛(wèi)星)的多譜段精細(xì)測(cè)量，跨越9個(gè)量級(jí)。
高能物理學(xué)家認(rèn)為，這些觀測(cè)結(jié)果打破了多項(xiàng)伽馬射線暴觀測(cè)的記錄，對(duì)于揭示伽馬射線暴的爆發(fā)機(jī)制具有重要價(jià)值。
中科院高能所研究團(tuán)隊(duì)表示，這次“拉索”在千億電子伏以上的甚高能區(qū)記錄到幾萬(wàn)個(gè)光子信號(hào)，將給出伽馬射線暴最高能段的光變曲線最精細(xì)的測(cè)量。憑借先進(jìn)的探測(cè)器設(shè)計(jì)，“高能爆發(fā)探索者”成功對(duì)GRB 221009A伽馬射線暴的軟伽馬射線光變特征進(jìn)行高精度觀測(cè)，完美展現(xiàn)出初期爆發(fā)和后隨閃耀的演化過(guò)程?！盎垩邸毙l(wèi)星的高能、中能和低能X射線望遠(yuǎn)鏡首次在伽馬射線暴觀測(cè)中同時(shí)探測(cè)到信號(hào)，而且因?yàn)椤盎垩邸毙l(wèi)星當(dāng)時(shí)正在掃描觀測(cè)該天區(qū)，從而對(duì)這個(gè)迄今最亮伽馬射線暴的余輝進(jìn)行了及時(shí)監(jiān)測(cè)。這些能量相差上十億倍的測(cè)量結(jié)果，對(duì)于建立正確的伽馬射線暴爆發(fā)機(jī)制模型極為重要。
“拉索”是以宇宙線觀測(cè)研究為核心的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，由中國(guó)自主提出并設(shè)計(jì)建造。該觀測(cè)站位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，主體工程于2021年7月完成建設(shè)并投入科學(xué)運(yùn)行，是目前世界上靈敏度最高的超高能伽馬射線天文臺(tái)，其運(yùn)行開(kāi)啟了“超高能伽馬天文學(xué)”觀測(cè)時(shí)代。捕捉和高統(tǒng)計(jì)量觀測(cè)伽馬射線暴是“拉索”重要科學(xué)目標(biāo)之一，此次亮度空前的爆發(fā)正好發(fā)生在“拉索”視場(chǎng)的中心附近，為完成該項(xiàng)科學(xué)目標(biāo)奠定了強(qiáng)大的觀測(cè)基礎(chǔ)。
“慧眼”衛(wèi)星是中國(guó)第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，于2017年6月發(fā)射運(yùn)行，在軌觀測(cè)5年多來(lái)已在黑洞、中子星、快速射電暴等方面取得一大批重要原創(chuàng)成果。
“高能爆發(fā)探索者”于2022年7月發(fā)射，是中國(guó)近期發(fā)射的空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星的主要科學(xué)載荷之一，它采用“懷柔一號(hào)”衛(wèi)星所開(kāi)創(chuàng)的新型探測(cè)技術(shù)以及基于北斗短報(bào)文的準(zhǔn)實(shí)時(shí)星地通訊方案，能夠迅速下傳觀測(cè)數(shù)據(jù)?！案吣鼙l(fā)探索者”目前處于在軌測(cè)試階段，預(yù)期將獲得更多重要成果。
什么是伽馬射線暴？
伽馬射線暴是已知宇宙中最強(qiáng)的爆射現(xiàn)象，理論上是巨大恒星在燃料耗盡時(shí)塌縮爆炸或者兩顆鄰近的致密星體（黑洞或中子星）合并而產(chǎn)生的。伽馬射線暴短至千分之一秒，長(zhǎng)則數(shù)小時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)釋放出巨大能量。如果與太陽(yáng)相比，它在幾分鐘內(nèi)釋放的能量相當(dāng)于萬(wàn)億年太陽(yáng)光的總和，其發(fā)射的單個(gè)光子能量通常是典型太陽(yáng)光的幾十萬(wàn)倍。
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