約20億光年前，一顆比我們的太陽重20多倍的“超級太陽”燃燒殆盡，內(nèi)部坍縮成黑洞并產(chǎn)生爆炸，瞬間噴射出兩個巨大的“火球”，其中一個徑直奔向地球。

“火球”與太空中的星際物質(zhì)碰撞產(chǎn)生大量高能光子，它們穿過茫茫宇宙，在2022年10月9日21時20分50秒抵達(dá)我們的藍(lán)色星球，被坐落于四川稻城平均海拔4410米的高海拔宇宙線觀測站“拉索”捕捉到。

【資料圖】

“超級太陽”坍縮成黑洞并向外噴射“火球”的過程。圖源：NASA

科學(xué)家分析此類事件千年一遇，“拉索”幸運(yùn)地記錄到“火球”到達(dá)地球的全過程，這在人類歷史上屬于首次，相關(guān)成果于6月9日發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上。

“拉索”項目經(jīng)理、中國科學(xué)院高能物理研究所首席科學(xué)家曹臻表示，觀測結(jié)果預(yù)期將在今后幾十甚至上百年內(nèi)保持最佳，“拉索”使中國科研人員站在世界領(lǐng)先的位置上發(fā)表重要成果。

“超級太陽”坍縮爆炸產(chǎn)生的伽馬暴被“拉索”觀測到（示意圖）。圖源中科院高能物理所

人類首次觀測到伽馬暴的完整過程

“火球”有個專業(yè)的名稱：伽馬射線暴（以下簡稱“伽馬暴”）。這是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆炸現(xiàn)象，短至千分之一秒，長則數(shù)小時。短時間的伽馬暴是由兩顆鄰近的致密星體比如黑洞或中子星并合產(chǎn)生，而長時間的伽馬暴是由巨大恒星（超級恒星）在燃料耗盡時塌縮爆炸產(chǎn)生。

北京師范大學(xué)天文系教授高鶴表示，伽馬暴幾秒鐘輻射的能量相當(dāng)于太陽100億年輻射能量的總和。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，必須深刻了解伽馬暴自身的物理起源。

高鶴說，經(jīng)過半個世紀(jì)的研究，人們認(rèn)識到伽馬暴產(chǎn)生于特別極端的物理環(huán)境，比如極高的磁場、極強(qiáng)的引力，極快的速度等等。

據(jù)了解，不是所有恒星死亡都會產(chǎn)生伽馬暴，像太陽質(zhì)量大小的恒星在死亡時將失去光亮，然后變成白矮星。此次拉索觀測到的史上最亮的伽馬暴產(chǎn)生于一起天體坍縮的極端事件。“非常幸運(yùn)”，中科院高能物理所的眾多研究人員在談到此次研究成果時都離不開這句話。

幸運(yùn)體現(xiàn)在兩個方面。首先，科學(xué)家推斷如此亮的伽馬暴掃過地球的概率是千年甚至萬年一次。而這種難得一遇的伽馬暴正好落在“拉索”的最佳觀測范圍內(nèi)，且持續(xù)時間長達(dá)10分鐘。

此次的伽馬暴被命名為“GRB 221009A”。中科院高能物理所的研究人員介紹，鑒于此次爆發(fā)千年不遇的稀缺性，這個觀測結(jié)果預(yù)期將在今后幾十甚至上百年內(nèi)保持最佳。

“拉索”的科學(xué)家們通過分析發(fā)現(xiàn)，這次 “伽馬暴”共有6萬多個伽馬光子被捕捉到。而此前，地球上其它實驗裝置，甚至是專門設(shè)計來追蹤伽馬暴的設(shè)備，測到的光子數(shù)目僅在千個以下。

更讓研究人員興奮的是，此前人類只能觀測到伽馬暴的中段過程，看不見前段和末段，而“拉索”則觀測到伽馬暴的完整過程，這在歷史上屬于“首次”。

“拉索”首次實現(xiàn)了伽馬射線暴千億電子伏特以上余輝輻射過程的完整觀測，發(fā)現(xiàn)了余輝輻射過程的快速增長現(xiàn)象和快速衰減現(xiàn)象。圖源中科院高能物理所

高鶴介紹，這一觀測結(jié)果大大增進(jìn)了人類對伽馬暴輻射機(jī)制以及噴流結(jié)構(gòu)等方面的理解。

此外，“拉索”團(tuán)隊人員還介紹，由于伽馬暴過程中光子與宇宙中物質(zhì)產(chǎn)生碰撞，因此，人們還可以通過研究伽馬暴了解大質(zhì)量恒星周圍的環(huán)境信息，比如周圍氣體的物質(zhì)成分和情況，以及拋射物與外太空氣體的碰撞關(guān)系。

“拉索”航拍圖，中間矩形的為捕捉到“GRB 221009A”伽馬暴的水切倫科夫探測器陣列。圖源中科院高能物理所

“拉索”產(chǎn)出的成果兩度登上《科學(xué)》

“拉索”研究成果的重要性，體現(xiàn)在成果文章投稿的順利和見刊的迅速上。據(jù)介紹，研究團(tuán)隊在2023年2月1日向頂尖學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》，5月中旬就收到錄用通知，并且文章在6月9日正式發(fā)表。

曹臻表示，這個速度非?？?，通常文章錄用后還需要排隊，這次相當(dāng)于“加塞”了。一般出現(xiàn)這種優(yōu)先出版的是因為審稿方認(rèn)為文章很重要，比如前段時間新冠病毒的相關(guān)研究會被安排優(yōu)先出版，因為當(dāng)時全世界都在關(guān)注相關(guān)研究。

曹臻認(rèn)為，這個研究成果具有很重要的科研價值，有關(guān)伽馬暴的文章發(fā)表后，全世界的科學(xué)家可以在此基礎(chǔ)上做更深入的科學(xué)研究，探索恒星死亡和核心爆炸過程。

“另一方面，‘拉索’項目使得我們有機(jī)會站在國際領(lǐng)先位置發(fā)表獨(dú)一無二的重要科研成果” 曹臻說，“拉索”觀測到的伽馬暴過程的模型，將來可能成為教科書式的典范，可以經(jīng)受住時間考驗，沉淀在人類的知識長河中。

“機(jī)會是留給有準(zhǔn)備的人”，曹臻認(rèn)為，這次重大研究成果的重要基礎(chǔ)是拉索這一觀測站的完備。

這不是“拉索”產(chǎn)出的成果第一次登上《科學(xué)》。據(jù)南都此前報道，2017年夏，“拉索”破土動工，一邊建設(shè)一邊運(yùn)行。2020年，還未完全建成的“拉索”，產(chǎn)出了兩項重要成果，同年5月和7月分別發(fā)布在《自然》《科學(xué)》。

2023年5月10日，拉索項目通過國家驗收，成為目前國際粒子天體物理三大實驗設(shè)施之一。

“拉索”占地面積約2040畝，面積接近兩個故宮。整體上看，拉索由眾多“土包”組成的巨大圓形陣列，正中心的是一個深4.5米、占地78000平方米的純凈水水池，就是此次捕捉到“GRB 221009A”伽馬暴的水切倫科夫探測器陣列。據(jù)介紹，目前，“土包”等外圍探測陣列的分析結(jié)果尚未公布，更多觀測研究成果將會陸續(xù)發(fā)表。

曹臻認(rèn)為，此次研究成果也是“拉索”開放共享的典范?！袄鳌鲍@取的海量數(shù)據(jù)，由中科院高能物理所負(fù)責(zé)分析，之后由南京大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等高校團(tuán)隊提供理論解釋，最終形成一篇包含30多家單位，280多個署名的文章，其中還包括一名外籍研究者。

采寫：南都記者 郭若梅 發(fā)自北京