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“極目”+“慧眼”捕捉宇宙最亮的“煙花”(科技強國·奮斗之路)
發(fā)布人: 系統管理員       信息來(lái)源: 人民網(wǎng)        發(fā)布日期: 2024年03月06日 16:57      瀏覽次數: 44011


伽馬暴GRB 221009A想象圖。

中科院高能所供圖



“慧眼”衛星和“極目”空間望遠鏡觀(guān)測伽馬暴示意圖。

一場(chǎng)美麗的“煙花”,蘊藏著(zhù)關(guān)于宇宙過(guò)去、現在和未來(lái)的奧秘。

伽馬射線(xiàn)暴(伽馬暴)是太空中發(fā)射的短時(shí)間、高能量的伽馬射線(xiàn)現象,在幾分鐘甚至幾秒鐘內釋放的能量相當于太陽(yáng)在萬(wàn)億年釋放的能量之和,是目前已知的宇宙中最猛烈的爆發(fā)現象。

2022年10月9日,中國“極目”空間望遠鏡和“慧眼”衛星探測到人類(lèi)有史以來(lái)最亮的伽馬暴(編號GRB 221009A)。近日,中國科學(xué)院高能物理研究所(中科院高能所)與全球40余家科研機構聯(lián)合發(fā)布了對這一伽馬暴的研究成果。

伽馬暴亮度“千年一遇”

伽馬暴在宇宙中并不罕見(jiàn)。自1967年人類(lèi)發(fā)現首個(gè)伽馬暴以來(lái),迄今已探測到近萬(wàn)例,目前科學(xué)家平均每天能觀(guān)測到3次左右。但2022年“捕捉”到的“最亮伽馬暴”,堪稱(chēng)“千年一遇”。

“這是人類(lèi)迄今為止觀(guān)測到最大亮度的伽馬暴,將亮度紀錄提升了50倍?!敝锌圃焊吣芩芯繂T、“極目”空間望遠鏡首席科學(xué)家熊少林說(shuō),當天全球眾多天文設施都接收到了信號,但由于伽馬暴主暴的亮度過(guò)高,很多天文設施都被“亮瞎眼”,未能獲得有效數據。只有進(jìn)行了特殊創(chuàng )新設計的“極目”空間望遠鏡避免了因極端亮度產(chǎn)生的數據飽和丟失、信號堆積等問(wèn)題,成功對主暴進(jìn)行了完整精確的探測。

與此同時(shí),中國首臺空間X射線(xiàn)天文望遠鏡“慧眼”衛星雖然錯過(guò)了主暴,但憑借其配備的強大載荷,成功獲得了伽馬暴前兆輻射和早期余輝的高質(zhì)量數據。中科院高能所研究員、“慧眼”衛星首席科學(xué)家張雙南說(shuō),“慧眼”和“極目”的數據合到一起,精確測量了伽馬暴完整爆發(fā)過(guò)程。

專(zhuān)家介紹,經(jīng)過(guò)研究發(fā)現,該次伽馬暴產(chǎn)生于距離地球24億光年的宇宙深處,引起伽馬暴的是一顆極大質(zhì)量恒星的核心坍縮爆炸。

“爆炸地點(diǎn)在人類(lèi)已探測到的伽馬暴中并不算遙遠,爆發(fā)強度很大。根據測得的各向同性等效能量推算,此次噴流強度相當于將8個(gè)太陽(yáng)的全部質(zhì)量都轉化成能量,在1分鐘內釋放出來(lái)?!泵绹鴥热A達大學(xué)拉斯維加斯分校教授張冰說(shuō)。

德國圖賓根大學(xué)教授安德烈·桑坦杰羅說(shuō),這次伽馬暴讓整個(gè)天文界都非常興奮,中國的“極目”空間望遠鏡和“慧眼”衛星相結合,獲得了爆發(fā)全過(guò)程的光變曲線(xiàn),不僅測到了伽馬暴的總能量,還清楚地測量到其非常窄的光束。

挑戰伽馬暴起源模型

目前,學(xué)術(shù)界認為伽馬暴產(chǎn)生的機制有兩種:一種是來(lái)源于大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞或者中子星時(shí)發(fā)生了噴流現象,此次“最亮伽馬暴”便因此產(chǎn)生;另一種產(chǎn)生于兩顆致密天體的繞轉并合,比如兩顆中子星相互繞轉,距離越來(lái)越近后最終合并在一起形成黑洞,吸積周?chē)奈镔|(zhì)噴出伽馬射線(xiàn)暴。

研究發(fā)現,“最亮伽馬暴”擁有極窄、極明亮的噴流,并且以非常接近光速的速度產(chǎn)生。專(zhuān)家認為,這對30年多來(lái)所形成的伽馬暴起源模型提出了挑戰。張雙南說(shuō),目前還沒(méi)有一個(gè)模型可以完美解釋這一極端案例,而現有模型必須經(jīng)受住其檢驗才能成立。

“根據觀(guān)測結果推測,該伽馬暴的余輝由慢衰減到快衰減的拐折出現得非常早,這意味著(zhù)產(chǎn)生伽馬射線(xiàn)的噴流非常狹窄,是人類(lèi)探測到的最狹窄的伽馬暴噴流之一?!毙苌倭终f(shuō),極為狹窄的噴流可能是伽馬暴極端明亮的原因之一。

意大利費拉拉大學(xué)教授菲利波·弗朗特拉認為,“慧眼”衛星和“極目”空間望遠鏡所獲得的數據為研究新生致密星的產(chǎn)生和活動(dòng)提供了嶄新線(xiàn)索。

此外,中科院高能所所長(cháng)、中國科學(xué)院院士王貽芳說(shuō),中國地面觀(guān)測設施——高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測站(LHAASO)與“慧眼”衛星、“極目”空間望遠鏡開(kāi)展了天地聯(lián)合觀(guān)測,取得了突破性發(fā)現,相關(guān)成果將于近期發(fā)布。

國際合作求解宇宙奧秘

中科院前沿科學(xué)與教育局副局長(cháng)盧方軍說(shuō),此次研究成果由全球40余家科研機構聯(lián)合發(fā)布,參與“慧眼”和“極目”的相關(guān)研究人員來(lái)自中外30多個(gè)科研院所。由中科院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗室牽頭的國際合作團隊撰寫(xiě)的論文,投稿到中國創(chuàng )辦的國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《國家科學(xué)評論》,共同署名的作者多達178位,來(lái)自中國、美國、意大利、德國、法國等30余家研究機構,這充分說(shuō)明國際合作對于科學(xué)研究的重要性。

王貽芳說(shuō),中科院高能所天地一體化的多信使觀(guān)測能力高速發(fā)展,已取得一系列重大觀(guān)測成果,有望成為國際粒子天體物理研究的領(lǐng)先研究機構。未來(lái),該所將繼續支持“慧眼”“極目”等項目科研工作,特別是在天地一體化聯(lián)合觀(guān)測方面給予更多關(guān)注,繼續加強在科研國內外合作,產(chǎn)出更多重大原創(chuàng )性科學(xué)成果。

“從2001年發(fā)射的神舟二號起,高能所就牽頭或參與伽馬暴相關(guān)的空間項目,至今已有20多年?!毙苌倭纸榻B,未來(lái)5到10年,中國還將發(fā)射愛(ài)因斯坦探針衛星、空間變源監視器、中國空間站高能宇宙輻射探測設施、增強型時(shí)變與偏振天文臺等空間設備,通過(guò)更多手段、從更多角度探索宇宙深處的奧秘。

“目前中國已處于世界高能天體物理學(xué)研究的前沿?!卑驳铝摇どL菇芰_說(shuō),很高興與中國團隊合作,從愛(ài)因斯坦探針衛星、中法天文衛星到中國空間站高能宇宙輻射探測設施的一系列項目,都將使中國在高能天體物理領(lǐng)域中發(fā)揮領(lǐng)導作用。

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“慧眼”衛星和“極目”空間望遠鏡

“慧眼”衛星和“極目”空間望遠鏡由中科院高能所提出和牽頭研制?!盎垩邸毙l星由李惕碚、吳枚等人于1993年提出項目建議,2011年獲得工程立項。其研制得到了國家國防科技工業(yè)局民用航天科研經(jīng)費和中國科學(xué)院“空間科學(xué)”(一期)戰略性先導科技專(zhuān)項的共同支持,高能所負責衛星有效載荷、地面應用系統和科學(xué)研究工作,航天科技集團公司五院為衛星總體單位。自2017年6月15日發(fā)射升空以來(lái),“慧眼”衛星已在軌穩定運行超過(guò)5年,在黑洞、中子星、快速射電暴等領(lǐng)域取得一系列重要成果。

“懷柔一號”極目(GECAM)衛星是中國科學(xué)院“空間科學(xué)”(二期)戰略性先導科技專(zhuān)項支持的機遇型空間科學(xué)項目,由高能所于2016年提出項目建議,2018年獲得工程立項。參與“最亮伽馬暴”發(fā)現的是“極目”系列的第三個(gè)載荷(編號GECAM-C),其于2022年7月27日搭載中國科學(xué)院微小衛星創(chuàng )新研究院牽頭研制的空間新技術(shù)試驗衛星(SATech-01)發(fā)射入軌?!皹O目”系列衛星采用了一系列創(chuàng )新的探測技術(shù),并開(kāi)創(chuàng )性地使用北斗導航系統短報文服務(wù)實(shí)現星地準實(shí)時(shí)通訊,已發(fā)現一大批伽馬暴、磁星爆發(fā)、快速射電暴的高能對應體、太陽(yáng)耀斑以及地球伽馬閃等高能爆發(fā)現象。


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