川观新闻记者 吴忧
北京时间6月9日，《科学》杂志在线发表高海拔宇宙线观测站（LHAASO，中文简称“拉索”）国际合作组的论文——《极亮伽马射线暴221009A窄喷流的万亿电子伏特余辉》。位于中国四川的“拉索”，首次完整记录了大质量恒星死亡瞬间万亿电子伏特伽马射线爆发全过程，揭开了这次爆炸事件的面纱。
“拉索”项目首席科学家曹臻表示，这是独一无二的“拉索”，取得的独一无二的成果。近日，川观新闻记者对话曹臻，请他讲述了这项观测研究成果背后的故事。
这项成果，大家翘首以盼
记者：审稿专家说，这是一项非凡的实验结果，值得迅速发表。这是为什么？
曹臻：这是一次举世瞩目的观测。对这次观测研究的成果，全球天文学家翘首以盼。去年10月9日，人类观测到了有记录以来最亮的伽马射线暴，这是约20亿年前，约24亿光年外的一颗大质量恒星“超级太阳”死亡瞬间剧烈爆炸所产生的，其亮度比以往最亮伽马射线暴还要高几十倍以上。如此亮的伽马射线暴扫到地球，上千年甚至上万年才有一次。全球几十个空间和地面探测器都进行了观测，我国的“慧眼”卫星和“极目”空间望远镜，以及地面的“拉索”，也在其中。特别是“拉索”，收集到6万多个伽马光子，首次完整记录了万亿电子伏特伽马射线爆发全过程，这是人类从未有过的壮举。实际上，《科学》杂志对这篇论文确实给予了特殊照顾，通过“加塞”的方式，把发表时间大大提前了，从投稿到发表用了不到3个月。
记者：“拉索”的观测研究结果究竟有何特殊之处？
曹臻：这次观测非常漂亮。“拉索”收集到的信号细节表明，观测到的光子来源于主爆之后的后随爆炸。伽马射线暴事件的主爆，也称为瞬时辐射，是初始阶段的巨大的爆炸，表现为强烈的低能的伽马射线辐射。接近于光速的爆炸物与周围环境气体碰撞则产生后随爆炸，也称为余辉。“拉索”首次精确地观测了后随爆炸的完整过程，记录了万亿电子伏特伽马射线流量增强和衰减的整个阶段。其中，流量衰减阶段出现明显拐折，流量快速减小，可以推测此次爆炸的抛射物是喷流状的结构，喷流张角极小，我们正好看到了喷流最明亮的核心，解释了为什么此次伽马射线暴如此之亮。而在流量增强阶段，“拉索”首次观测到了极速增强的现象，在最初不到两秒的时间内，流量增强了100多倍，超出了以往理论模型的预期。
“拉索”观测伽马射线暴221009A的概念图（中科院高能所供图）
这项成果，源于“守株待兔”
记者：为什么只有“拉索”做到了？
曹臻：运气太好了！作为地面观测站，“拉索”是“守株待兔”式的观测，GRB 221009A恰好落在了“拉索”的最佳观测视场范围内。要是错过了，人类可能还要等上千年甚至上万年。去年10月9日，我正在欧洲的一处观测站交流，那是已经建成10多年的观测站，设立初衷就是观测伽马射线暴。得知史上最亮的伽马射线暴落在了“拉索”的头上，这个观测站的负责人开玩笑说，上帝太偏心了。
当然，除了运气，我们“拉索”也充分发挥了灵敏度高的优势，对这次持续几百秒的伽马射线暴，从第一秒开始就精确记录，得到了完整、准确的观测数据。所以天文学家们也说，这是人类的幸运——宇宙中最靓丽的烟花，恰好被人类最清晰的摄像头捕捉到了。
记者：“拉索”是如何做到的？
曹臻：“拉索”是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，位于四川省稻城县海子山，平均海拔4410米，占地面积约1.36平方公里。本次观测成果主要由其中的水切伦科夫探测器阵列提供，该阵列具有宽视场、全天候的特点，对伽马射线暴这样的突发天体现象的观测具有突出的优势。
当伽马射线进入地球大气层，会产生次级产物伽马光子，这次我们在整个伽马射线暴的10多分钟内收集到了6万多个伽马光子，超过了过去几年对宇宙“标准烛光”蟹状星云的观测积累。对比其它实验装置，甚至是专门设计来追踪伽马射线暴的设备，它们测到的伽马光子数目仅在千个以下的水平，且都只测到了爆炸过后60秒以后的“余辉”，所以“拉索”的观测是独一无二的完整、精确。
这项成果，提升人类对宇宙新认识
记者：我们为什么要研究伽马射线暴？
曹臻：科学研究的基本方法就是大胆假设、小心求证，人类对宇宙的认知也要通过实验证明之后才能称之为真理。而伽马射线暴是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象，其几秒钟辐射的能量相当于太阳100亿年辐射能量的总和。经过半个世纪的研究，人们认识到伽马射线暴产生于特别极端的物理环境，比如极高的磁场、极强的引力、极快的速度等等，伽马射线暴由此成为天体物理甚至基础物理领域青睐的极端物理实验室。人们期望利用伽马射线暴研究宇宙的演化历史、重元素的起源以及相对论的正确性等重大问题，而在这之前必须对伽马射线暴自身的物理起源具备深刻的了解。
记者：这次观测研究成果有何重要意义？
曹臻：这是人类第一次完整记录大质量恒星死亡瞬间万亿电子伏特伽马射线爆发全过程，将大大增进人类对伽马射线暴辐射机制以及喷流结构等方面的理解。这次观测，已经解答了科学家的一些疑惑，让不少问题迎刃而解。截至当下，本场爆炸事件还有其它的许多新发现，科学家们还在不懈地深耕“拉索”的数据，力图揭示更多的奥秘，敬请等待“拉索”的后续数据分析成果。鉴于此次爆发千年不遇的稀缺性，这个观测结果预期将在今后几十甚至上百年内将保持最佳。不少国内外的科学家都跟我说，在编撰最新的伽马射线暴领域教科书的时候，这次观测研究成果会被收录进去，成为人类探索宇宙奥秘的又一块基石。
引自川观新闻2023.6.9版 原地址：https://cbgc.scol.com.cn/news/4228377?time=1686223954127
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