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GRB 221009A爆发时刻在LHAASO视场中的位置。 中科院高能所 供图
中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)负责建设和运行管理的中国高海拔宇宙线观测站(LHAASO，昵称“拉索”)、“高能爆发探索者”(HEBS)和“慧眼”卫星(Insight-HXMT)等三大科学装置，近日通过天地联合，同时探测到迄今最亮的编号GRB 221009A伽马射线暴，打破了伽马射线暴光子最高能量、最亮伽马射线等人类观测宇宙中伽马射线暴的多项记录。
比以往最亮伽马射线暴亮10倍以上
中科院高能所介绍说，史上最亮的GRB 221009A伽马射线暴，于北京时间10月9日21时17分被该所三大科学装置同时探测到。本次观测中，“拉索”将伽马射线暴光子最高能量记录提升近20倍，在国际上首次打开10万亿电子伏波段的伽马射线暴观测窗口，并与“慧眼”卫星和“高能爆发探索者”观测一起，发现这个宇宙事件比以往人类观测到的最亮伽马射线暴亮了10倍以上。
伽马射线暴是宇宙中最剧烈的天体爆发现象，首次发现于上世纪60年代。伽马射线暴短至几毫秒，长达数小时，释放的能量超过太阳在其一生辐射能量的总和。持续时间较长的伽马射线暴产生于比太阳大几十倍的恒星星体坍缩爆炸，而持续时间较短的伽马射线暴则产生于两个致密天体(如黑洞或中子星)合并爆炸，后者还可能伴随发射引力波。
得益于中科院高能所近些年天地一体化观测能力建设的高速发展，尤其是“拉索”的成功建造和运行占据国际领先地位，使中国首次实现对伽马射线暴的天地多手段联合观测，并独家实现从最高的十几万亿电子伏光子(“拉索”)到百万电子伏伽马射线(“高能爆发探索者”)和千电子伏X-射线(“慧眼”卫星)的多谱段精细测量，跨越9个量级。
高能物理学家认为，这些观测结果打破了多项伽马射线暴观测的记录，对于揭示伽马射线暴的爆发机制具有重要价值。
及时向国际发布观测结果引发巨大反响
中科院高能所指出，此次观测到的GRB 221009A伽马射线暴，其高强度的爆发发生在距离地球20多亿光年处，如此近距离的伽马射线爆发估计几十年甚至百年才出现一次。在过去半个多世纪探测到的数千个伽马射线暴中，最高能量光子达到大约1万亿电子伏。“拉索”本次以无与伦比的接收度探测到大量的高能光子，最高光子能量达到18万亿电子伏。
GRB 221009A伽马射线暴发生后，“拉索”实验中科院高能所团队在首席科学家曹臻研究员带领下迅速展开数据分析，在爆发后不到两天内就通过伽马射线暴协同观测网(GCN)向国际同行发布初步观测结果。进一步的数据分析和科学研究正由“拉索”国际合作组成员全力开展。中科院高能所“慧眼”卫星和“高能爆发探索者”观测运行团队、载荷团队和数据分析团队，在“慧眼”卫星首席科学家张双南研究员和“高能爆发探索者”项目首席科学家熊少林研究员的带领下，正迅速投入观测分析，并及时启动机遇观测。在项目团队密切协作下，“慧眼”卫星和“高能爆发探索者”已得到初步分析结果，并通过天文电报和伽马射线暴协同观测网向国际同行发布。
中国科学家探测到迄今最亮伽马射线暴的结果已在国际上引发巨大反响，大量相关研究迅速展开，涌现出关于新物理可能性的许多讨论。同时，这些测量对宇宙中存在的背景光场等基本物理参数和模型将做出强烈的限制，预计会产生重要的认知水平的提升。
对建立伽马射线暴爆发机制模型极为重要
中科院高能所研究团队表示，这次“拉索”在千亿电子伏以上的甚高能区记录到几万个光子信号，将给出伽马射线暴最高能段的光变曲线最精细的测量。凭借先进的探测器设计，“高能爆发探索者”成功对GRB 221009A伽马射线暴的软伽马射线光变特征进行高精度观测，完美展现出初期爆发和后随闪耀的演化过程。“慧眼”卫星的高能、中能和低能X射线望远镜首次在伽马射线暴观测中同时探测到信号，而且因为“慧眼”卫星当时正在扫描观测该天区，从而对这个迄今最亮伽马射线暴的余辉进行了及时监测。这些能量相差上十亿倍的测量结果，对于建立正确的伽马射线暴爆发机制模型极为重要。
“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，由中国自主提出并设计建造。该观测站位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，主体工程于2021年7月完成建设并投入科学运行，是目前世界上灵敏度最高的超高能伽马射线天文台，其运行开启了“超高能伽马天文学”观测时代。捕捉和高统计量观测伽马射线暴是“拉索”重要科学目标之一，此次亮度空前的爆发正好发生在“拉索”视场的中心附近，为完成该项科学目标奠定了强大的观测基础。
“慧眼”卫星是中国第一颗空间X射线天文卫星，于2017年6月发射运行，在轨观测5年多来已在黑洞、中子星、快速射电暴等方面取得一大批重要原创成果。
“高能爆发探索者”于2022年7月发射，是中国近期发射的空间新技术试验卫星的主要科学载荷之一，它采用“怀柔一号”卫星所开创的新型探测技术以及基于北斗短报文的准实时星地通讯方案，能够迅速下传观测数据。“高能爆发探索者”目前处于在轨测试阶段，预期将获得更多重要成果。
本期编辑 周晓婧
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