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我国记录 “超级太阳”死亡瞬间伽马暴全程，人类历史上首次|环球精选

时间 :2023-06-09 12:55:09   来源 : 南方都市报

约20亿光年前，一颗比我们的太阳重20多倍的“超级太阳”燃烧殆尽，内部坍缩成黑洞并产生爆炸，瞬间喷射出两个巨大的“火球”，其中一个径直奔向地球。


(资料图片)

“火球”与太空中的星际物质碰撞产生大量高能光子，它们穿过茫茫宇宙，在2022年10月9日21时20分50秒抵达我们的蓝色星球，被坐落于四川稻城平均海拔4410米的高海拔宇宙线观测站“拉索”捕捉到。

“超级太阳”坍缩成黑洞并向外喷射“火球”的过程。图源：NASA

科学家分析此类事件千年一遇，“拉索”幸运地记录到“火球”到达地球的全过程，这在人类历史上属于首次，相关成果于6月9日发表在《科学》（Science）杂志上。

“拉索”项目经理、中国科学院高能物理研究所首席科学家曹臻表示，观测结果预期将在今后几十甚至上百年内保持最佳，“拉索”使中国科研人员站在世界领先的位置上发表重要成果。

“超级太阳”坍缩爆炸产生的伽马暴被“拉索”观测到（示意图）。图源中科院高能物理所

人类首次观测到伽马暴的完整过程

“火球”有个专业的名称：伽马射线暴（以下简称“伽马暴”）。这是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象，短至千分之一秒，长则数小时。短时间的伽马暴是由两颗邻近的致密星体比如黑洞或中子星并合产生，而长时间的伽马暴是由巨大恒星（超级恒星）在燃料耗尽时塌缩爆炸产生。

北京师范大学天文系教授高鹤表示，伽马暴几秒钟辐射的能量相当于太阳100亿年辐射能量的总和。人们期望利用伽马暴研究宇宙的演化历史、重元素的起源以及相对论的正确性等重大问题。而在这之前，必须深刻了解伽马暴自身的物理起源。

高鹤说，经过半个世纪的研究，人们认识到伽马暴产生于特别极端的物理环境，比如极高的磁场、极强的引力，极快的速度等等。

据了解，不是所有恒星死亡都会产生伽马暴，像太阳质量大小的恒星在死亡时将失去光亮，然后变成白矮星。此次拉索观测到的史上最亮的伽马暴产生于一起天体坍缩的极端事件。“非常幸运”，中科院高能物理所的众多研究人员在谈到此次研究成果时都离不开这句话。

幸运体现在两个方面。首先，科学家推断如此亮的伽马暴扫过地球的概率是千年甚至万年一次。而这种难得一遇的伽马暴正好落在“拉索”的最佳观测范围内，且持续时间长达10分钟。

此次的伽马暴被命名为“GRB 221009A”。中科院高能物理所的研究人员介绍，鉴于此次爆发千年不遇的稀缺性，这个观测结果预期将在今后几十甚至上百年内保持最佳。

“拉索”的科学家们通过分析发现，这次 “伽马暴”共有6万多个伽马光子被捕捉到。而此前，地球上其它实验装置，甚至是专门设计来追踪伽马暴的设备，测到的光子数目仅在千个以下。

更让研究人员兴奋的是，此前人类只能观测到伽马暴的中段过程，看不见前段和末段，而“拉索”则观测到伽马暴的完整过程，这在历史上属于“首次”。

“拉索”首次实现了伽马射线暴千亿电子伏特以上余辉辐射过程的完整观测，发现了余辉辐射过程的快速增长现象和快速衰减现象。图源中科院高能物理所

高鹤介绍，这一观测结果大大增进了人类对伽马暴辐射机制以及喷流结构等方面的理解。

此外，“拉索”团队人员还介绍，由于伽马暴过程中光子与宇宙中物质产生碰撞，因此，人们还可以通过研究伽马暴了解大质量恒星周围的环境信息，比如周围气体的物质成分和情况，以及抛射物与外太空气体的碰撞关系。

“拉索”航拍图，中间矩形的为捕捉到“GRB 221009A”伽马暴的水切伦科夫探测器阵列。图源中科院高能物理所

“拉索”产出的成果两度登上《科学》

“拉索”研究成果的重要性，体现在成果文章投稿的顺利和见刊的迅速上。据介绍，研究团队在2023年2月1日向顶尖学术杂志《科学》，5月中旬就收到录用通知，并且文章在6月9日正式发表。

曹臻表示，这个速度非常快，通常文章录用后还需要排队，这次相当于“加塞”了。一般出现这种优先出版的是因为审稿方认为文章很重要，比如前段时间新冠病毒的相关研究会被安排优先出版，因为当时全世界都在关注相关研究。

曹臻认为，这个研究成果具有很重要的科研价值，有关伽马暴的文章发表后，全世界的科学家可以在此基础上做更深入的科学研究，探索恒星死亡和核心爆炸过程。

“另一方面，‘拉索’项目使得我们有机会站在国际领先位置发表独一无二的重要科研成果” 曹臻说，“拉索”观测到的伽马暴过程的模型，将来可能成为教科书式的典范，可以经受住时间考验，沉淀在人类的知识长河中。

“机会是留给有准备的人”，曹臻认为，这次重大研究成果的重要基础是拉索这一观测站的完备。

这不是“拉索”产出的成果第一次登上《科学》。据南都此前报道，2017年夏，“拉索”破土动工，一边建设一边运行。2020年，还未完全建成的“拉索”，产出了两项重要成果，同年5月和7月分别发布在《自然》《科学》。

2023年5月10日，拉索项目通过国家验收，成为目前国际粒子天体物理三大实验设施之一。

“拉索”占地面积约2040亩，面积接近两个故宫。整体上看，拉索由众多“土包”组成的巨大圆形阵列，正中心的是一个深4.5米、占地78000平方米的纯净水水池，就是此次捕捉到“GRB 221009A”伽马暴的水切伦科夫探测器阵列。据介绍，目前，“土包”等外围探测阵列的分析结果尚未公布，更多观测研究成果将会陆续发表。

曹臻认为，此次研究成果也是“拉索”开放共享的典范。“拉索”获取的海量数据，由中科院高能物理所负责分析，之后由南京大学、中国科学技术大学等高校团队提供理论解释，最终形成一篇包含30多家单位，280多个署名的文章，其中还包括一名外籍研究者。

采写：南都记者 郭若梅 发自北京

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