“慧眼”“极目”精确探测最亮伽马射线暴

北京时间3月29日凌晨2点，中国科学院高能物理研究所(以下简称“高能所”)与全球40余家科研机构联合发布对迄今最亮伽马射线暴(以下简称“伽马暴”)GRB 221009A的研究成果。

GRB 221009A是很大质量恒星核心坍缩爆炸产生的，“诞生地”在距离地球24亿光年的宇宙深处。因其极端的亮度和与地球相对较近的距离，让高能天体物理学家们将其定义为“千年一遇”的历史性事件。高能所牵头研制的“慧眼”卫星(Insight-HXMT)和“极目”空间望远镜(GECAM-C)成功地在硬X射线和软伽马能段对该伽马暴的瞬时辐射和早期余辉进行了国际最高精度的测量。

伽马暴是宇宙大爆炸之后最剧烈的爆炸现象，包括两种类型：一类产生于很大质量恒星的核心坍缩爆炸，持续时间通常长于2秒;另一类产生于两颗极端致密天体(中子星、黑洞等)的合并爆炸，持续时间通常短于2秒，并同时发出引力波。这两类天体爆炸均能产生一颗黑洞或中子星等极端致密天体，通过极强引力吞噬周围物质并以接近光速从两极喷射物质，形成一对相反方向的喷流。喷流内部的激波或磁重联等过程加速带电粒子产生伽马射线辐射，称为瞬时辐射。喷流和周围的星际介质相互作用也能产生辐射，称为余辉。只有喷流恰好对准地球时，人类才有机会探测到这些辐射。

基于极目空间望远镜的精确观测数据，科学家们发现GRB 221009A将伽马暴亮度纪录提升了50倍。论文通讯作者之一、高能所研究员熊少林说：“假设伽马暴向各个方向辐射了几乎相同数量的伽马射线，那么根据我们探测到的数据，可计算该伽马暴向各个方向发出的所有伽马射线的总能量，即各向同性能量，发现它也打破纪录，超过了10的55次方尔格，相当于在1分钟内释放8个太阳质量的全部能量!”

而“慧眼”和“极目”的联合观测结果也为深入理解这种极端宇宙爆发现象提供了崭新视角——文章的通讯作者之一、美国内华达大学拉斯维加斯分校张冰教授说：“可以推测，该伽马暴的余辉由慢衰减到快衰减的拐折出现得非常早，意味着产生伽马射线的喷流非常狭窄，是人类探测到的最狭窄的伽马暴喷流之一。”研究团队认为，这可能是该伽马暴看上去极端明亮的原因之一。

这项工作由中国科学院粒子天体物理重点实验室牵头的国际合作团队完成，成员来自中国、美国、意大利、法国、德国等30余家研究机构。高能所相关负责人介绍，此次除了太空观测，高能所牵头建造的高海拔宇宙线观测站(LHAASO)与“慧眼”卫星和“极目”空间望远镜开展了天地联合观测，“高海拔宇宙线观测站利用其大量的甚高能观测数据，做出了多项重要首次发现，将稍后发布”。