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“宇宙烟火” 中国科研团队立下大功

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“宇宙烟火” 中国科研团队立下大功

  一场极端的天体爆发,产生了极为狭窄、极端明亮、接近光速运动的喷流,各向同性能量相当于在1分钟内释放8个太阳质量的全部能量。当喷流恰好对准地球时,相距24亿光年的人类才有机会探测到这些辐射,看到了千年一遇、迄今最亮的“宇宙烟火”。

  “全球很多天文科学家因此沸腾了。”中国科学院高能物理研究所粒子天体物理中心主任、“慧眼”卫星首席科学家张双南说。

  这一瞬间被“慧眼”卫星和“极目”空间望远镜捕获。它们成功地在硬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,发现其具有迄今观测到的最大亮度,将伽马射线暴(以下简称伽马暴)的亮度纪录提升了50倍。

  3月29日凌晨2点,中国科学院高能物理研究所与全球40余家科研机构联合发布对迄今最亮伽马暴(编号GRB 221009A)的研究成果。这一发现为千年一遇的天体爆发的研究做出了独特贡献。

“慧眼”卫星和“极目”空间望远镜观测迄今最亮伽马暴示意图。中科院高能物理所供图

  让全球科学家沸腾的“光”

  “我们不期望在有生之年能够再看到一次。”张双南慨叹。

  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,此次发现的伽马暴即属于此类。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,其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,称之为瞬时辐射;喷流和周围的星际介质相互作用也能产生辐射,称之为余辉。

  “只有喷流恰好对准地球时,人类才有机会探测到这些辐射。” 张双南解释,距离地球较近的大质量恒星核心坍缩爆炸,且能产生巨大能量、狭窄喷流的现象非常少见,“今后千年的时间里,科学家们都不太可能观测到这个现象,这也意味着后续数十代的科学家都只能依赖此次观测数据展开研究。”

  1967年,自人类发现首个伽马暴以来,已探测到近万例伽马暴。2022年10月9日,包括中国科学院高能物理研究所牵头建造的空间和地面观测设备在内的全球众多天文设施,均观测到这个迄今最亮的伽马暴,其产生于距离地球24亿光年的宇宙深处。

  “上一次,高亮度伽马暴发生的时候,或许是在一万年前,我们还是山顶洞人,或许是在千年之前,那时我们的科学技术还没有发展起来。如今人类技术进入了观测时代,中国就有两个望远镜可以精准探测。”美国内华达大学拉斯维加斯分校教授张冰提到,在所有天体活动中,越是极端的现象,出现的数目就越少。如果错过了这次机会,人类可能还要再等到上千年或者上万年。

  “伽马暴的出现是随机的,当它出现的时候会照亮整个宇宙。”张冰提到,该伽马暴具有极端的亮度和相对较近的距离,可以称之为千年一遇的历史性事件。

  中国科学院高能物理研究所粒子天体物理中心副主任、研究员,“极目”空间望远镜首席科学家熊少林进一步解释:“这次有三个地方很特殊,它离我们很近,辐射出来的单位立体角能量非常高,张角也很小,这三个因素结合起来,大概是千年间才能看到这样伽马暴。”