中國“慧眼”“極目”精確探測迄今最亮伽馬暴
2023年03月29日 09:29 來源:中國新聞網(wǎng)

中科院舉行“慧眼”“極目”精確探測迄今最亮伽馬暴新聞發(fā)布會,展示該伽馬暴藝術(shù)想象圖!≈行律缬浾 孫自法 攝

  中國“慧眼”“極目”精確探測迄今最亮伽馬暴 亮度紀(jì)錄提升50倍

  中新網(wǎng)北京3月29日電 (記者 孫自法)作為宇宙大爆炸之后最劇烈的爆炸現(xiàn)象,伽馬射線暴(伽馬暴)長期以來一直是天體物理學(xué)家持續(xù)跟蹤觀測和聚焦研究的重要領(lǐng)域。

中國科學(xué)院在北京舉行“慧眼”衛(wèi)星和“極目”空間望遠(yuǎn)鏡精確探測迄今最亮伽馬射線暴新聞發(fā)布會!≈行律缬浾 孫自法 攝

  發(fā)現(xiàn)迄今最大亮度伽馬暴

  中國科學(xué)院高能物理研究所(中科院高能所)與全球40余家科研機(jī)構(gòu)北京時間29日凌晨聯(lián)合發(fā)布,基于中國“慧眼”衛(wèi)星(Insight-HXMT)和“極目”空間望遠(yuǎn)鏡(GECAM-C)對產(chǎn)生于距離地球24億光年宇宙深處、編號GRB 221009A伽馬暴的高精度測量,發(fā)現(xiàn)其具有迄今觀測到的最大亮度,一舉將伽馬暴的亮度紀(jì)錄提升了50倍。

  通過“慧眼”“極目”在硬X射線和軟伽馬能段對GRB 221009A伽馬暴的瞬時輻射和早期余輝成功進(jìn)行迄今國際最高精度的測量,不僅實現(xiàn)精確探測迄今最亮伽馬暴,而且發(fā)現(xiàn)其各向同性能量也打破紀(jì)錄,相當(dāng)于在1分鐘內(nèi)釋放8個太陽質(zhì)量的全部能量,還揭示該伽馬暴產(chǎn)生了極為狹窄、極端明亮、接近光速運動的噴流。

  本項重要研究工作由中科院粒子天體物理重點實驗室領(lǐng)銜來自中國、美國、意大利、法國、德國等30余家研究機(jī)構(gòu)的國際合作團(tuán)隊完成,相關(guān)成果論文已在預(yù)印本平臺上在線發(fā)布。中科院高能所粒子天體物理中心副主任、“極目”空間望遠(yuǎn)鏡首席科學(xué)家熊少林研究員,中科院高能所粒子天體物理中心主任、“慧眼”衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南研究員,美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校張冰教授為論文共同通訊作者,國際合作團(tuán)隊另有175人為論文署名作者。

迄今發(fā)現(xiàn)的最亮伽馬射線暴(GRB 221009A)想象圖!≈锌圃焊吣芩 供圖

  千年一遇的天體爆發(fā)事件

  研究團(tuán)隊科普介紹說,伽馬暴包括兩種類型,一類產(chǎn)生于很大質(zhì)量恒星的核心坍縮爆炸,持續(xù)時間通常長于2秒,此次發(fā)現(xiàn)的迄今最亮伽馬暴即屬于此類;另一類產(chǎn)生于兩顆極端致密天體(中子星、黑洞等)的合并爆炸,持續(xù)時間通常短于2秒,并同時發(fā)出引力波。

  這兩類天體爆炸均能產(chǎn)生一顆黑洞或中子星等極端致密天體,其通過極強(qiáng)引力吞噬周圍物質(zhì)并以接近光速從兩極噴射物質(zhì),形成一對相反方向的噴流。噴流內(nèi)部的激波或磁重聯(lián)等過程加速帶電粒子產(chǎn)生伽馬射線輻射,稱為瞬時輻射。噴流和周圍的星際介質(zhì)相互作用也能產(chǎn)生輻射,稱為余輝。只有噴流恰好對準(zhǔn)地球時,人類才有機(jī)會探測到這些輻射。

  自從1967年人類發(fā)現(xiàn)首個伽馬暴至今,科學(xué)家們已探測到近萬例伽馬暴。2022年10月9日,包括中科院高能所牽頭研制建設(shè)的空間和地面觀測設(shè)備在內(nèi),全球眾多天文設(shè)施均觀測到GRB 221009A伽馬暴,它具有極端的亮度和相對較近(距地球24億光年)的距離,從而使其成為名副其實的千年一遇的歷史性天體爆發(fā)事件。

  張雙南研究員解釋說,雖然宇宙中肯定還存在亮度更高的伽馬暴,但由于其噴流正好指向地球且被探測到的機(jī)會非常難得,因此,本次研究精確探測到迄今最亮伽馬暴“是千年甚至萬年一遇的事件”。

“慧眼”衛(wèi)星和“極目”空間望遠(yuǎn)鏡觀測迄今最亮伽馬暴示意圖。 中科院高能所 供圖

  “慧眼”“極目”為何能精確探測

  既然全球眾多天文設(shè)施均觀測到GRB 221009A伽馬暴,為什么中國“慧眼”“極目”能對其實施迄今國際最高精度的測量、實現(xiàn)精確探測?

  熊少林研究員指出,中國專門為探測伽馬暴和引力波電磁對應(yīng)體而建造的“極目”空間望遠(yuǎn)鏡和中國首臺空間X射線天文望遠(yuǎn)鏡“慧眼”衛(wèi)星聯(lián)合,在硬X射線和軟伽馬射線能段精確刻畫了GRB 221009A伽馬暴從前兆輻射到主暴、耀發(fā)以及早期余輝的各個關(guān)鍵階段的輻射性質(zhì)。

  其中,“極目”正好處于能夠記錄極高伽馬射線流強(qiáng)的特殊觀測模式,避免了因極端亮度而容易產(chǎn)生的各種儀器效應(yīng)(包括數(shù)據(jù)飽和丟失、信號堆積、死時間過大等),成功對該伽馬暴極端明亮的主暴進(jìn)行完整而精確的探測。同時,“慧眼”配備的高能X射線望遠(yuǎn)鏡憑借其在兆電子伏能區(qū)最大的有效面積,成功探測到該伽馬暴,并獲得其前兆輻射和早期余輝的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

  基于“極目”的精確觀測數(shù)據(jù),研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)GRB 221009A伽馬暴具有迄今探測到的最高的亮度,并將伽馬暴亮度紀(jì)錄提升了50倍,并發(fā)現(xiàn)該伽馬暴的各向同性能量也打破紀(jì)錄,相當(dāng)于在1分鐘內(nèi)釋放8個太陽質(zhì)量的全部能量。

  與此同時,研究團(tuán)隊根據(jù)“慧眼”“極目”聯(lián)合觀測結(jié)果推測,GRB 221009A伽馬暴的余輝由慢衰減到快衰減的拐折出現(xiàn)得非常早,意味著產(chǎn)生伽馬射線的噴流非常狹窄,是人類探測到的最狹窄的伽馬暴噴流之一。研究團(tuán)隊認(rèn)為,極為狹窄的噴流可能是該伽馬暴看上去極端明亮的原因之一。因此,本次迄今最亮伽馬暴的觀測發(fā)現(xiàn)和研究成果,也為學(xué)界深入理解類似極端宇宙爆發(fā)現(xiàn)象提供了嶄新視角。

新聞發(fā)布會上,德國圖賓根大學(xué)安德烈亞·圣安杰洛(Andrea Santangelo)教授點評成果。 中新社記者 孫自法 攝

  天地聯(lián)合觀測獲多項首次發(fā)現(xiàn)

  據(jù)中科院高能所介紹,“慧眼”衛(wèi)星和“極目”空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)工程均由該所提出和牽頭研制。其中,“慧眼”2017年6月成功發(fā)射以來,衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運行超過5年,已在黑洞、中子星、快速射電暴等領(lǐng)域取得一系列重要成果;“極目”(也稱“懷柔一號”)衛(wèi)星則是中科院空間科學(xué)(二期)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項支持的機(jī)遇型空間科學(xué)項目。

  參與本次迄今最亮伽馬暴發(fā)現(xiàn)和研究的是“極目”系列第三顆空間載荷——“極目”空間望遠(yuǎn)鏡,其于2022年7月搭載中國空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星(SATech-01)發(fā)射入軌。“極目”采用一系列創(chuàng)新的探測技術(shù),并開創(chuàng)性使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)短報文服務(wù)實現(xiàn)星地準(zhǔn)實時通訊,已發(fā)現(xiàn)一大批伽馬暴、磁星爆發(fā)、快速射電暴的高能對應(yīng)體、太陽耀斑以及地球伽馬閃等高能爆發(fā)現(xiàn)象。

  中科院高能所透露,在對GRB 221009A伽馬暴千年一遇的歷史性觀測中,該所地面大科學(xué)裝置——高海拔宇宙線觀測站(英文縮寫LHAASO,中文昵稱“拉索”)與兩大空間設(shè)施“慧眼”“極目”還開展了天地聯(lián)合觀測,其中,“拉索”利用其大量的甚高能觀測數(shù)據(jù),也收獲多項重要首次發(fā)現(xiàn),將于成果論文發(fā)表后對外公布。(完)

編輯:陳少婷