中国“慧眼”“极目”精确探测迄今最亮伽马暴 亮度纪录提升50倍

中科院举行“慧眼”“极目”精确探测迄今最亮伽马暴新闻发布会，展示该伽马暴艺术想象图。　中新社记者 孙自法　摄

作为宇宙大爆炸之后最剧烈的爆炸现象，伽马射线暴(伽马暴)长期以来一直是天体物理学家持续跟踪观测和聚焦研究的重要领域。

中国科学院在北京举行“慧眼”卫星和“极目”空间望远镜精确探测迄今最亮伽马射线暴新闻发布会。　中新社记者 孙自法 摄

发现迄今最大亮度伽马暴

中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)与全球40余家科研机构北京时间29日凌晨联合发布，基于中国“慧眼”卫星(Insight-HXMT)和“极目”空间望远镜(GECAM-C)对产生于距离地球24亿光年宇宙深处、编号GRB 221009A伽马暴的高精度测量，发现其具有迄今观测到的最大亮度，一举将伽马暴的亮度纪录提升了50倍。

中国科学院在北京举行“慧眼”卫星和“极目”空间望远镜精确探测迄今最亮伽马射线暴新闻发布会。　中新社记者 孙自法 摄

通过“慧眼”“极目”在硬X射线和软伽马能段对GRB 221009A伽马暴的瞬时辐射和早期余辉成功进行迄今国际最高精度的测量，不仅实现精确探测迄今最亮伽马暴，而且发现其各向同性能量也打破纪录，相当于在1分钟内释放8个太阳质量的全部能量，还揭示该伽马暴产生了极为狭窄、极端明亮、接近光速运动的喷流。

本项重要研究工作由中科院粒子天体物理重点实验室领衔来自中国、美国、意大利、法国、德国等30余家研究机构的国际合作团队完成，相关成果论文已在预印本平台上在线发布。中科院高能所粒子天体物理中心副主任、“极目”空间望远镜首席科学家熊少林研究员，中科院高能所粒子天体物理中心主任、“慧眼”卫星首席科学家张双南研究员，美国内华达大学拉斯维加斯分校张冰教授为论文共同通讯作者，国际合作团队另有175人为论文署名作者。

迄今发现的最亮伽马射线暴(GRB 221009A)想象图。　中科院高能所 供图

千年一遇的天体爆发事件

研究团队科普介绍说，伽马暴包括两种类型，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，此次发现的迄今最亮伽马暴即属于此类；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。

自从1967年人类发现首个伽马暴至今，科学家们已探测到近万例伽马暴。2022年10月9日，包括中科院高能所牵头研制建设的空间和地面观测设备在内，全球众多天文设施均观测到GRB 221009A伽马暴，它具有极端的亮度和相对较近(距地球24亿光年)的距离，从而使其成为名副其实的千年一遇的历史性天体爆发事件。

张双南研究员解释说，虽然宇宙中肯定还存在亮度更高的伽马暴，但由于其喷流正好指向地球且被探测到的机会非常难得，因此，本次研究精确探测到迄今最亮伽马暴“是千年甚至万年一遇的事件”。

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

“慧眼”“极目”为何能精确探测

既然全球众多天文设施均观测到GRB 221009A伽马暴，为什么中国“慧眼”“极目”能对其实施迄今国际最高精度的测量、实现精确探测？

熊少林研究员指出，中国专门为探测伽马暴和引力波电磁对应体而建造的“极目”空间望远镜和中国首台空间X射线天文望远镜“慧眼”卫星联合，在硬X射线和软伽马射线能段精确刻画了GRB 221009A伽马暴从前兆辐射到主暴、耀发以及早期余辉的各个关键阶段的辐射性质。

其中，“极目”正好处于能够记录极高伽马射线流强的特殊观测模式，避免了因极端亮度而容易产生的各种仪器效应(包括数据饱和丢失、信号堆积、死时间过大等)，成功对该伽马暴极端明亮的主暴进行完整而精确的探测。同时，“慧眼”配备的高能X射线望远镜凭借其在兆电子伏能区最大的有效面积，成功探测到该伽马暴，并获得其前兆辐射和早期余辉的高质量数据。

基于“极目”的精确观测数据，研究团队发现GRB 221009A伽马暴具有迄今探测到的最高的亮度，并将伽马暴亮度纪录提升了50倍，并发现该伽马暴的各向同性能量也打破纪录，相当于在1分钟内释放8个太阳质量的全部能量。

与此同时，研究团队根据“慧眼”“极目”联合观测结果推测，GRB 221009A伽马暴的余辉由慢衰减到快衰减的拐折出现得非常早，意味着产生伽马射线的喷流非常狭窄，是人类探测到的最狭窄的伽马暴喷流之一。研究团队认为，极为狭窄的喷流可能是该伽马暴看上去极端明亮的原因之一。因此，本次迄今最亮伽马暴的观测发现和研究成果，也为学界深入理解类似极端宇宙爆发现象提供了崭新视角。

新闻发布会上，德国图宾根大学安德烈亚·圣安杰洛(Andrea Santangelo)教授点评成果。　中新社记者 孙自法 摄

天地联合观测获多项首次发现

据中科院高能所介绍，“慧眼”卫星和“极目”空间望远镜科学工程均由该所提出和牵头研制。其中，“慧眼”2017年6月成功发射以来，卫星在轨稳定运行超过5年，已在黑洞、中子星、快速射电暴等领域取得一系列重要成果；“极目”(也称“怀柔一号”)卫星则是中科院空间科学(二期)战略性先导科技专项支持的机遇型空间科学项目。

参与本次迄今最亮伽马暴发现和研究的是“极目”系列第三颗空间载荷——“极目”空间望远镜，其于2022年7月搭载中国空间新技术试验卫星(SATech-01)发射入轨。“极目”采用一系列创新的探测技术，并开创性使用北斗导航系统短报文服务实现星地准实时通讯，已发现一大批伽马暴、磁星爆发、快速射电暴的高能对应体、太阳耀斑以及地球伽马闪等高能爆发现象。

中科院高能所透露，在对GRB 221009A伽马暴千年一遇的历史性观测中，该所地面大科学装置——高海拔宇宙线观测站(英文缩写LHAASO，中文昵称“拉索”)与两大空间设施“慧眼”“极目”还开展了天地联合观测，其中，“拉索”利用其大量的甚高能观测数据，也收获多项重要首次发现，将于成果论文发表后对外公布。