三大科学装置同时探测到迄今最亮的伽马射线暴

穿越星空团队

近日，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，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纪录。

“1+1+1”=“天地联合”

“怀柔一号”卫星（图片来源：中科院高能所）

LHAASO 是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，由我国自主提出并设计建造。观测站位于四川省稻城县海拔4410 米的海子山，占地面积约1.36 平方公里。LHAASO 主体工程于2021年7月完成建设并投入科学运行，是世界上灵敏度最高的超高能伽马射线天文台。捕捉和高统计量观测伽马射线暴是LHAASO 的重要科学目标之一。LHAASO 的运行开启了“超高能伽马天文学”观测时代。此次亮度空前的爆发正好发生在LHAASO 视场的中心附近，为达成此项科学目标奠定了强大的观测基础。

“高能爆发探索者”于2022年7月27日发射，是我国近期发射的空间新技术试验卫星的主要科学载荷之一。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。HEBS 目前处于在轨测试阶段，预期将获得更多重要成果。

“慧眼”卫星是我国第一颗空间X 射线天文卫星，于2017年6月15日发射运行，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。

什么是伽马射线暴？

伽马射线暴是宇宙中最剧烈的天体爆发现象，首次发现于20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（比如黑洞或中子星）合并爆炸，后者还可能伴随发射引力波。这次高强度的爆发发生在距离地球两千多兆光年处，这么近距离的伽马射线爆发估计几十年甚至百年才出现一次。

GRB 221009A 爆发时刻在LHAASO 视场中的位置（图片来源：中科院高能所）

“慧眼”卫星观测迄今最亮的伽马射线暴（GRB 221009A）。在伽马射线暴发生前后，“慧眼”卫星恰好在对该天区进行扫描观测，绿色点线代表望远镜指向的扫描轨迹（图片来源：中科院高能所）

LHAASO 在百GeV 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，HEBS 成功对该伽马射线暴的软伽马射线光变特征进行了高精度观测，完美展现了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。“慧眼”卫星当时正在扫描观测这个天区，因而对该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。

本次探测在国际上引发巨大反响

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（TeV）。特别值得一提的是，本次LHAASO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18TeV。LHAASO 的探测结果已经引发了国际上巨大的反响，大量的相关研究迅速展开，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，预计将产生重要的认知水平的提升。

该伽马射线暴发生后，LHAASO 实验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，在爆发后不到两天就通过伽马射线暴协同观测网（Gamma-ray Coordinates Network，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LHAASO 合作组成员全力开展。

高能所“慧眼”卫星和HEBS 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HEBS 项目首席科学家熊少林研究员的带领下，迅速投入观测分析，并及时启动了机遇观测。在团队的密切协作下，“慧眼”卫星和HEBS 已经得到初步分析结果，并已通过天文电报（Astronomer’s Telegram）和GCN向国际同行发布。