中科院舉行“慧眼”“極目”精確探測(cè)迄今最亮伽馬暴新聞發(fā)布會(huì),展示該伽馬暴藝術(shù)想象圖!≈行律缬浾 孫自法 攝
中國(guó)“慧眼”“極目”精確探測(cè)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(xiàn)暴(伽馬暴)長(zhǎng)期以來(lái)一直是天體物理學(xué)家持續(xù)跟蹤觀(guān)測(cè)和聚焦研究的重要領(lǐng)域。
中國(guó)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(cè)迄今最亮伽馬射線(xiàn)暴新聞發(fā)布會(huì)!≈行律缬浾 孫自法 攝
發(fā)現(xiàn)迄今最大亮度伽馬暴
中國(guó)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(shí)間29日凌晨聯(lián)合發(fā)布,基于中國(guó)“慧眼”衛(wèi)星(Insight-HXMT)和“極目”空間望遠(yuǎn)鏡(GECAM-C)對(duì)產(chǎn)生于距離地球24億光年宇宙深處、編號(hào)GRB 221009A伽馬暴的高精度測(cè)量,發(fā)現(xiàn)其具有迄今觀(guān)測(cè)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(guò)“慧眼”“極目”在硬X射線(xiàn)和軟伽馬能段對(duì)GRB 221009A伽馬暴的瞬時(shí)輻射和早期余輝成功進(jìn)行迄今國(guó)際最高精度的測(cè)量,不僅實(shí)現(xiàn)精確探測(cè)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(gè)太陽(yáng)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(yùn)動(dòng)的噴流。
本項(xiàng)重要研究工作由中科院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)銜來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、意大利、法國(guó)、德國(guó)等30余家研究機(jī)構(gòu)的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)完成,相關(guān)成果論文已在預(yù)印本平臺(tái)上在線(xiàn)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(guó)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(guó)際合作團(tuán)隊(duì)另有175人為論文署名作者。
迄今發(fā)現(xiàn)的最亮伽馬射線(xiàn)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(duì)科普介紹說(shuō),伽馬暴包括兩種類(lèi)型,一類(lèi)產(chǎn)生于很大質(zhì)量恒星的核心坍縮爆炸,持續(xù)時(shí)間通常長(zhǎng)于2秒,此次發(fā)現(xiàn)的迄今最亮伽馬暴即屬于此類(lèi);另一類(lèi)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(shí)間通常短于2秒,并同時(shí)發(fā)出引力波。
這兩類(lèi)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(guò)極強(qiáng)引力吞噬周?chē)镔|(zhì)并以接近光速?gòu)膬蓸O噴射物質(zhì),形成一對(duì)相反方向的噴流。噴流內(nèi)部的激波或磁重聯(lián)等過(guò)程加速帶電粒子產(chǎn)生伽馬射線(xiàn)輻射,稱(chēng)為瞬時(shí)輻射。噴流和周?chē)男请H介質(zhì)相互作用也能產(chǎn)生輻射,稱(chēng)為余輝。只有噴流恰好對(duì)準(zhǔn)地球時(shí),人類(lèi)才有機(jī)會(huì)探測(cè)到這些輻射。
自從1967年人類(lèi)發(fā)現(xiàn)首個(gè)伽馬暴至今,科學(xué)家們已探測(cè)到近萬(wàn)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(guān)測(cè)設(shè)備在內(nèi),全球眾多天文設(shè)施均觀(guān)測(cè)到GRB 221009A伽馬暴,它具有極端的亮度和相對(duì)較近(距地球24億光年)的距離,從而使其成為名副其實(shí)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(shuō),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(cè)到的機(jī)會(huì)非常難得,因此,本次研究精確探測(cè)到迄今最亮伽馬暴“是千年甚至萬(wàn)年一遇的事件”。
“慧眼”衛(wèi)星和“極目”空間望遠(yuǎn)鏡觀(guān)測(cè)迄今最亮伽馬暴示意圖!≈锌圃焊吣芩 供圖
“慧眼”“極目”為何能精確探測(cè)
既然全球眾多天文設(shè)施均觀(guān)測(cè)到GRB 221009A伽馬暴,為什么中國(guó)“慧眼”“極目”能對(duì)其實(shí)施迄今國(guó)際最高精度的測(cè)量、實(shí)現(xiàn)精確探測(cè)?
熊少林研究員指出,中國(guó)專(zhuān)門(mén)為探測(cè)伽馬暴和引力波電磁對(duì)應(yīng)體而建造的“極目”空間望遠(yuǎn)鏡和中國(guó)首臺(tái)空間X射線(xiàn)天文望遠(yuǎn)鏡“慧眼”衛(wèi)星聯(lián)合,在硬X射線(xiàn)和軟伽馬射線(xiàn)能段精確刻畫(huà)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(gè)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(xiàn)流強(qiáng)的特殊觀(guān)測(cè)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(hào)堆積、死時(shí)間過(guò)大等),成功對(duì)該伽馬暴極端明亮的主暴進(jìn)行完整而精確的探測(cè)。同時(shí),“慧眼”配備的高能X射線(xiàn)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(cè)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(guān)測(cè)數(shù)據(jù),研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)GRB 221009A伽馬暴具有迄今探測(cè)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(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的全部能量。
與此同時(shí),研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)“慧眼”“極目”聯(lián)合觀(guān)測(cè)結(jié)果推測(cè),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(xiàn)的噴流非常狹窄,是人類(lèi)探測(cè)到的最狹窄的伽馬暴噴流之一。研究團(tuán)隊(duì)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(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn)和研究成果,也為學(xué)界深入理解類(lèi)似極端宇宙爆發(fā)現(xiàn)象提供了嶄新視角。
新聞發(fā)布會(huì)上,德國(guó)圖賓根大學(xué)安德烈亞·圣安杰洛(Andrea Santangelo)教授點(diǎn)評(píng)成果!≈行律缬浾 孫自法 攝
天地聯(lián)合觀(guān)測(cè)獲多項(xiàng)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(lái),衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)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(chēng)“懷柔一號(hào)”)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(zhuān)項(xiàng)支持的機(jī)遇型空間科學(xué)項(xiàng)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(guó)空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星(SATech-01)發(fā)射入軌!皹O目”采用一系列創(chuàng)新的探測(cè)技術(shù),并開(kāi)創(chuàng)性使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)短報(bào)文服務(wù)實(shí)現(xiàn)星地準(zhǔn)實(shí)時(shí)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(duì)應(yīng)體、太陽(yáng)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(duì)GRB 221009A伽馬暴千年一遇的歷史性觀(guān)測(cè)中,該所地面大科學(xué)裝置——高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測(cè)站(英文縮寫(xiě)LHAASO,中文昵稱(chēng)“拉索”)與兩大空間設(shè)施“慧眼”“極目”還開(kāi)展了天地聯(lián)合觀(guān)測(cè),其中,“拉索”利用其大量的甚高能觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù),也收獲多項(xiàng)重要首次發(fā)現(xiàn),將于成果論文發(fā)表后對(duì)外公布。(完)