一顆質量是太陽20餘倍的“超級太陽”恆星，在約20億年前其核聚變燃料燃燒殆盡，在坍縮的瞬間引發了巨大的爆炸火球，產生了一個持續幾百秒的巨大“宇宙煙花”伽馬射線暴（以下簡稱伽馬暴）。火球與星際物質碰撞產生的大量萬億電子伏特高能伽馬光子穿過茫茫宇宙，徑直飛向地球，最終於2022年10月9日晚上21時20分50秒剛好抵達中國高海拔宇宙線觀測站“拉索”（LHAASO）的視場範圍，在這場萬年難遇的天文現像中，約6萬多個伽馬光子被“拉索”收集到。經過幾個月的分析，科學家們終於揭開了這場爆炸事件的神秘面紗。相關觀測研究成果於2023年6月9日在線發表於國際頂級科學雜誌《科學》（Science）。參與該項研究的中國科學家近日在接受採訪時表示，此次觀測研究成果將是一次“教科書級別”的成果，有望產生許多“顛覆性”的發現。

“真的非常幸運”

伽馬暴是天體物理學界公認的宇宙中最劇烈的爆發現象，其幾秒鐘輻射的能量相當於太陽100億年輻射能量的總和。而經過半個世紀的研究，人們認識到伽馬暴產生於特別極端的物理環境，比如極高的磁場、極強的引力，極快的速度等等，伽馬暴由此成為天體物理甚至基礎物理領域青睞的極端物理實驗室。人們期望利用伽馬暴研究宇宙的演化歷史、重元素的起源以及相對論的正確性等重大問題，而在這之前必須對伽馬暴自身的物理起源具備深刻的了解。

“拉索”首席科學家、中科院高能物理所研究員曹臻近日在接受採訪時，用“非常幸運”形容此次“拉索”完整記錄大質量恆星死亡瞬間萬億電子伏特伽馬射線爆發的全過程。在曹臻看來這絕對是一次概率極小的事件，一場持續幾百秒的極亮伽瑪暴，在經過20億年的“飛行”來到地球，“拉索”是世界上唯一一個正對伽瑪暴射線源的地面探測器，因此得以完美地捕捉到了這場天文奇觀。

北京師範大學天文系高鶴教授介紹稱，迄今為止已有上萬個伽馬暴被人類捕獲，而每一次對伽馬暴認知的突破幾乎都得益於一些特殊事例的觀測。在2022年10月9日的夜晚，這個後來被命名為GRB221009A的伽瑪暴被探測到，這也是有記錄以來最亮的伽馬暴，科學家推斷如此亮的伽馬暴掃過地球的概率是萬年一次。這一次人類是極其幸運的，因為GRB221009A恰好落在了“拉索”的最佳觀測範圍內。 “拉索”首次在TeV能量處給出了伽馬暴完整的光變曲線與能譜，這一觀測結果大大增進了人類對伽馬暴輻射機制以及噴流結構等方面的理解。

論文通訊作者之一，中國科學技術大學教授戴子高告訴記者，“拉索”的此次觀測凸顯了特殊的意義。他將此次伽馬射線暴現像比喻成一個“胚胎”，“拉索”此次採用的TeV觀測則完整地發現這個“胚胎”是如何從一個“受精卵”最後成長為一個“胎兒”的過程，“TeV觀測就相當於是一個’B超‘，去準確地觀察這個過程，這也是我們第一次如此完整的去認識到這樣一個過程。”戴子高稱。

此次觀測收穫多項“首次發現”

目前，“拉索”已經從這場伽瑪射線暴中記錄到6萬多個伽馬光子，曹臻表示，這是一個驚人的數據，這體現出此次觀測到的伽瑪暴的亮度非常可觀。

據了解，此次觀測中，“拉索”首次精確測量高能光子爆發的完整過程。曹臻表示，憑藉對上萬個伽馬射線暴的觀測，科學家們已經建立了近乎完美的理論模型，“拉索”實現了其它實驗沒有達到的高能量波段光變過程的教科書式的完整觀測，對理論模型的精確檢驗提供了實驗基礎。鑒於此次爆發萬年不遇的稀缺性，這個觀測結果預期將在今後幾十甚至上百年內將保持最佳。

此外，“拉索”還首次測量到高能光子流量快速增強的過程。該論文通訊作者之一、中國科學院高能物理研究所研究員姚志國表示，相信此次發表的觀測結果將會引發科學界對伽馬射線暴能量注入、光子吸收、粒子加速等機制的深入探討。

在此次萬年難遇的觀測中，“拉索”還發現了此次伽馬射線暴成為歷史最亮的秘密。戴子高認為，正是由於’拉索‘碰巧正對噴流最明亮的核心，自然也就解釋了為什麼這個伽馬射線暴是有史以來最亮的，也進一步解釋了為什麼這樣的事件極其罕見。 ”

“運氣都是留給有準備的人”

雖然許多科學家都用“極其幸運”來形容此次觀測的罕見程度，但是曹臻同時指出，運氣都是留給有準備的人。當這場20億年前發生的伽瑪暴來到地球時，性能卓越的“拉索”沒有錯過這次“眷顧”。

位於四川省稻城縣平均海拔4410米的海子山上，佔地面積約1.36平方公里的“拉索”，是由5216個電磁粒子探測器與1188個繆子探測器聯合構成的1平方公里的地面簇射粒子探測器陣列（KM2A）、3120個探測單元構成的78000平方米的水切倫科夫探測器陣列（WCDA）、18台望遠鏡構成的廣角切倫科夫望遠鏡陣列這三種陣列組成。 “拉索”於2021年7月全部投入運行。

“‘拉索’的特殊之處在於，在它之前，人類還沒有如此高靈敏度的地面設備去開展伽馬暴的探測。”曹臻表示，“拉索”的優勢表現在，它首先可實現24小時不間斷探測，其次是完全不受氣候條件影響，再者“拉索”具有大視場的特點，一次可觀測六分之一天空的範圍，而伽馬射線望遠鏡一次只能觀測一個點，一顆星。上述這些因素加起來就使得“拉索”成為那個“幸運兒”。

來源：環球網