穿越星空?qǐng)F(tuán)隊(duì)

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)紀(jì)錄。

“1+1+1”=“天地聯(lián)合”

“懷柔一號(hào)”衛(wèi)星（圖片來(lái)源：中科院高能所）

LHAASO 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，由我國(guó)自主提出并設(shè)計(jì)建造。觀測(cè)站位于四川省稻城縣海拔4410 米的海子山，占地面積約1.36 平方公里。LHAASO 主體工程于2021年7月完成建設(shè)并投入科學(xué)運(yùn)行，是世界上靈敏度最高的超高能伽馬射線天文臺(tái)。捕捉和高統(tǒng)計(jì)量觀測(cè)伽馬射線暴是LHAASO 的重要科學(xué)目標(biāo)之一。LHAASO 的運(yùn)行開(kāi)啟了“超高能伽馬天文學(xué)”觀測(cè)時(shí)代。此次亮度空前的爆發(fā)正好發(fā)生在LHAASO 視場(chǎng)的中心附近，為達(dá)成此項(xiàng)科學(xué)目標(biāo)奠定了強(qiáng)大的觀測(cè)基礎(chǔ)。

“高能爆發(fā)探索者”于2022年7月27日發(fā)射，是我國(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。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)。HEBS 目前處于在軌測(cè)試階段，預(yù)期將獲得更多重要成果。

“慧眼”衛(wèi)星是我國(guó)第一顆空間X 射線天文衛(wèi)星，于2017年6月15日發(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。

什么是伽馬射線暴？

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20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（比如黑洞或中子星）合并爆炸，后者還可能伴隨發(fā)射引力波。這次高強(qiáng)度的爆發(fā)發(fā)生在距離地球兩千多兆光年處，這么近距離的伽馬射線爆發(fā)估計(jì)幾十年甚至百年才出現(xiàn)一次。

GRB 221009A 爆發(fā)時(shí)刻在LHAASO 視場(chǎng)中的位置（圖片來(lái)源：中科院高能所）

“慧眼”衛(wèi)星觀測(cè)迄今最亮的伽馬射線暴（GRB 221009A）。在伽馬射線暴發(fā)生前后，“慧眼”衛(wèi)星恰好在對(duì)該天區(qū)進(jìn)行掃描觀測(cè)，綠色點(diǎn)線代表望遠(yuǎn)鏡指向的掃描軌跡（圖片來(lái)源：中科院高能所）

LHAASO 在百GeV 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)，HEBS 成功對(duì)該伽馬射線暴的軟伽馬射線光變特征進(jìn)行了高精度觀測(cè)，完美展現(xiàn)了初期爆發(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)。“慧眼”衛(wèi)星當(dāng)時(shí)正在掃描觀測(cè)這個(gè)天區(qū)，因而對(duì)該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。

本次探測(cè)在國(guó)際上引發(fā)巨大反響

在過(guò)去半個(gè)多世紀(jì)探測(cè)到的數(shù)千個(gè)伽馬射線暴中，最高能量光子達(dá)到大約1 萬(wàn)億電子伏（TeV）。特別值得一提的是，本次LHAASO以無(wú)與倫比的接收度探測(cè)到大量的高能光子，最高光子能量達(dá)到18TeV。LHAASO 的探測(cè)結(jié)果已經(jīng)引發(fā)了國(guó)際上巨大的反響，大量的相關(guān)研究迅速展開(kāi)，涌現(xiàn)出關(guān)于新物理可能性的許多討論。同時(shí)，這些測(cè)量對(duì)宇宙中存在的背景光場(chǎng)等基本物理參數(shù)和模型將做出強(qiáng)烈的限制，預(yù)計(jì)將產(chǎn)生重要的認(rèn)知水平的提升。

該伽馬射線暴發(fā)生后，LHAASO 實(shí)驗(yàn)高能所團(tuán)隊(duì)在首席科學(xué)家曹臻研究員帶領(lǐng)下迅速展開(kāi)數(shù)據(jù)分析，在爆發(fā)后不到兩天就通過(guò)伽馬射線暴協(xié)同觀測(cè)網(wǎng)（Gamma-ray Coordinates Network，GCN）向國(guó)際同行發(fā)布初步觀測(cè)結(jié)果。進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析和科學(xué)研究正由LHAASO 合作組成員全力開(kāi)展。

高能所“慧眼”衛(wèi)星和HEBS 觀測(cè)運(yùn)行團(tuán)隊(duì)、載荷團(tuán)隊(duì)和數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊(duì)在“慧眼”衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南研究員和HEBS 項(xiàng)目首席科學(xué)家熊少林研究員的帶領(lǐng)下，迅速投入觀測(cè)分析，并及時(shí)啟動(dòng)了機(jī)遇觀測(cè)。在團(tuán)隊(duì)的密切協(xié)作下，“慧眼”衛(wèi)星和HEBS 已經(jīng)得到初步分析結(jié)果，并已通過(guò)天文電報(bào)（Astronomer’s Telegram）和GCN向國(guó)際同行發(fā)布。