中国慧眼极目精确探测“千年一遇”天体爆发

　　北京时间2022年10月9日21时17分左右，一束束来自距离地球24亿光年的高能射线“惊动”了全球遍布天上地下的宇宙射线探测卫星与装置。

　　这一“千年一遇”的伽马射线暴事件成为人类有史以来探测到的最亮伽马暴——不仅将亮度纪录提升了50倍，其各向同性能量也打破纪录，相当于在1分钟内释放8个太阳质量的全部能量，而且还产生了极为狭窄、极端明亮、接近光速运动的喷流。

　　今天凌晨，全球40余家科研机构联合发布了对迄今最亮伽马射线暴GRB 221009A的研究成果。中国慧眼卫星和极目空间望远镜精确测量了这次伽马暴的完整爆发过程，为这个极端天体爆发的研究作出了独特贡献。

　　挑战现有模型，一分钟释放出8个太阳全部能量

　　伽马暴是宇宙大爆炸之后最剧烈的爆炸现象，好像宇宙深处绽放的焰火，但只有当它的喷流方向正对地球时，才可能被人类探测到。自1967年人类发现首个伽马暴以来，迄今已探测到近万例，而这一次则达到了“千年一遇”的级别。

　　“千年一遇，甚至可以说万年一遇。这意味着，上一次发生如此剧烈的伽马暴时，人类还处于蛮荒时代。哪怕千年以前，中国还在宋朝，望远镜都还没有诞生。”美国内华达大学拉斯维加斯分校教授张冰是此次成果论文的通讯作者之一，尽管地球上每天都能观测到三次左右伽马暴，但遇上最亮伽马暴并详细观测，对于天体物理学家而言，真是人生幸事。

　　引起此次伽马暴的，是一颗极大质量恒星的核心坍缩爆炸。科学家之所以如此肯定，是因为这次爆发持续时间超过了2秒，前后共持续了几百秒。而另一种由两颗极端致密天体（中子星、黑洞）合并而引发的伽马暴，持续时间通常短于2秒，同时还会发出引力波。

　　“这次的爆炸地点距离地球24亿光年，在人类已探测到的伽马暴中并不算遥远，而它的爆发强度又很大，这都使GRB 221009A成为当之无愧的‘最亮伽马暴’。”张冰说，观测如此极端的爆发，对设备是极为严峻的考验，“根据测得的各向同性等效能量推算，此次喷流强度相当于将8个太阳的全部质量都转化成能量，然后在1分钟内释放出来。”这些能量如果让太阳用长达50亿年的一生来释放，则需要1万个太阳。

　　这个“最亮伽马暴”拥有极窄、极明亮的喷流，而且以非常接近光速的速度产生，这对30年多来所形成的所有伽马暴起源模型提出了挑战。此次研究论文的另一位通讯作者、中科院高能物理研究所研究员张双南说，目前还没有一个模型可以完美解释这个极端案例，“但现有模型必须经受住它的检验，才能成立”。

　　慧眼极目，“有容乃大”给出精确探测

　　就在约半年前的那个夜晚，最亮伽马暴的射线几乎“亮瞎”了所有观测设备，其流量超出了很多探测仪器的上限，其中也包括中国首颗X射线空间天文卫星“慧眼”。

　　然而，搭载在“创新X”首发星上的极目C空间望远镜却恰好处于特殊模式，能够记录极高伽马射线流强，避免了因极端亮度而容易产生的数据饱和丢失、信号堆积等问题，成功对该伽马暴极端明亮的主暴进行了完整而精确的探测。

　　基于极目空间望远镜的精确观测数据，研究团队发现该伽马暴具有迄今探测到的最高亮度，并将伽马暴亮度纪录提升了50倍！

　　尽管错过了主暴，但慧眼卫星凭借其配备的强大载荷，成功获得了伽马暴的前兆辐射和早期余辉的高质量数据。

　　“根据两大设备的联合观测结果推测，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。”论文通讯作者之一、中科院高能所粒子天体物理中心副主任、极目空间望远镜首席科学家熊少林介绍，研究人员认为，极为狭窄的喷流可能是该伽马暴看上去极端明亮的原因之一。

　　“这些极高质量的数据源于慧眼卫星和极目空间望远镜的巧妙设计。”早在本世纪初，意大利费拉拉大学教授菲利波·弗龙特就带领团队参与到两个设备的研制中。他认为，慧眼卫星和极目空间望远镜所获得的数据提供了切实的证据，证明伽马暴引擎可以发射非常狭窄而准直的喷流，这为研究新生致密星的产生和活动提供了崭新线索。

　　其实，那一晚，我国的高海拔宇宙线观测站（拉索）、极目空间望远镜和慧眼卫星同时探测到了“最亮伽马暴”。这也是我国首次实现对伽马射线暴的天地多手段联合观测，并独家实现了跨越9个量级的多谱段精细测量。其中，“拉索”利用其大量的甚高能观测数据，做出了多项重要首次发现，这些结果将在不久后发布。

　　“从2001年发射的神舟二号起，高能所就牵头或参与伽马暴相关的空间项目，至今已有20多年。”熊少林介绍，未来五到十年，我国还将发射爱因斯坦探针卫星、空间变源监视器、中国空间站高能宇宙辐射探测设施、增强型时变与偏振天文台等空间设备，通过更多手段、从更多角度，探索宇宙深处的奥秘。

　　178位作者共同署名，来自全球30多家研究机构

　　这次“最亮伽马暴”全球发布的主会场设在美国夏威夷，由美国宇航局（NASA）主持。多篇论文同步发表在欧美专业杂志上。

　　张双南告诉记者，美国在这次观测中投入的空间和地面设备最多，由于中国的慧眼和极目在精确测量中作出了独到贡献，中国科学家也因此受邀参与同步发布。

　　这一次，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撰写的论文，投稿到了中国创办的国际顶尖学术期刊《国家科学评论》，共同署名的作者多达178位，来自中国、美国、意大利、德国、法国等30余家研究机构。目前，论文已发布了预印本，正式发表的版面还在杂志的审稿流程中。

　　德国图宾根大学安德烈·桑坦格罗教授表示，当所有其他设备都被炫花眼时，慧眼卫星和极目空间望远镜能够观察到整个事件，这表明“中国已处于世界高能天体物理学研究的前沿”。他认为，“这些空间项目将使中国在高能天体物理领域发挥引领作用，未来中国在这一领域的引领力将与日俱增”。