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据介绍,“拉索”收集到的信号细节表明,探测到的光子来源于主爆之后的后随爆炸。伽马暴事件的“主爆”,也称为瞬时辐射,是初始阶段的巨大爆炸,表现为强烈的低能伽马射线辐射。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。”曹臻说。
“在后随爆炸过程中,‘拉索’首次探测到光子流量的极速增强。” 论文通讯作者之一、中国科学院高能物理研究所研究员姚志国说。不到两秒的时间内流量增强了100多倍,之后的缓慢增长行为却符合“后随爆炸”的预期特征。早期如此快速的增强现象超出了以往理论模型的预期。究竟存在着什么样的机制?此次发表的观测结果将会引发科学界对伽马暴能量注入、光子吸收、粒子加速等机制的深入探讨。
“拉索”观测表明,高能辐射在起爆之后不到10分钟的某个时刻,亮度突然快速减弱了。“这可解释为爆炸后的抛射物是喷流状的结构,当辐射张角扩展到了喷流的边缘时造成亮度快速下降。” 论文通讯作者之一、南京大学教授王祥玉说。由于这个亮度转折发生时间极早,由此测出了喷流的张角也极小,仅0.8度。这是迄今知道的最小张角的喷流,意味着观测到的实际上是一个典型内亮外暗喷流最明亮的核心。“正是由于观测者碰巧正对喷流最明亮的核心,自然地解释了为什么这个伽马暴是历史上最亮的,也解释了为什么这样的事件极其罕见。” 论文通讯作者之一、中国科学技术大学教授戴子高表示。
“拉索”的这一发现在全球天体物理学界引发了极大的关注,美国宾州州立大学讲座教授、美国艺术与科学院院士、伽马暴火球模型奠基人Peter Meszaros评价:“这一发现,得益于‘拉索’巨大的观测面积和先进的探测器技术,这是首次探测到TeV能区的早期余辉光变曲线,它们由外激波的同步辐射-自康普顿成分形成。此外,光变曲线显示出了减速特征,给出了值约为440的平均洛伦兹因子的测量结果。它还观测到了光变曲线的截断现象,由此可以计算出喷流张角约为0.8度,使得喷流总能量减少至约1051erg(尔格),与其他伽马暴一致。”
北京师范大学天文系高鹤教授评价:“伽马暴是宇宙中最剧烈的爆发现象,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暴自身的物理起源具备深刻的了解。”
在这个事件持续的十分钟内,“拉索”记录到的光子数超过了过去几年对“标准烛光”蟹状星云观测积累。“若把选择条件降到最低,光子数可以达到10万!”论文通讯作者之一、中国科学院高能物理研究所研究员查敏说。对比同能区其它实验装置,甚至是专门设计来追踪伽马暴的设备,它们测到的光子数目仅在千个以下的水平,且都只测到了爆炸过后60秒以晚的“余辉”。“截至目前,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。” 曹臻对“拉索”下一阶段成果给出了乐观的预期。
记者了解到,本次观测成果主要由“拉索”的水切伦科夫探测器阵列提供。该探测器利用36万吨的纯净水作为介质,通过水底放置的6240支不同尺寸的光敏探头,测量伽马射线或宇宙线在大气层中运动与作用过程的次级产物,如低能伽马光子、正负电子等,它们会在水中产生切伦科夫光信号。该阵列对伽马射线的观测能量范围跨域两个量级,在千亿电子伏特到十万亿电子伏特之间,且具有宽视场、全天候的特点,对伽马暴这样的突发天体现象的捕捉式观测具有突出的优势。
伽马射线暴(简称伽马暴)是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象,是指来自天空中某一方向的伽马射线突然增强的闪烁现象。伽马暴短至千分之一秒,长则数小时。短时间的伽马暴是由两颗邻近的致密星体(黑洞或中子星)并合产生,而长时间的伽马暴是由巨大恒星(超级恒星)在燃料耗尽时塌缩爆炸产生。