約20億年前，一顆比太陽重20多倍的“超級太陽”——大質量恒星燃燒完其核聚變燃料，瞬間坍縮引發巨大的爆炸火球，發出了一個持續幾百秒的巨大“宇宙煙花”——伽馬射線暴。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，于2022年10月9日晚上21時20分50秒抵達“拉索”的視場范圍，6萬多個伽馬光子被“拉索”收集到。經過幾個月的分析，科學家們終于揭開了這場爆炸事件的面紗。
事例視頻
“拉索”首次精確測量高能光子爆發的完整過程
“拉索”收集到的信號細節表明，探測到的光子來源于主爆之后的后隨爆炸。伽馬射線暴事件的“主爆”，也稱為瞬時輻射，是初始階段的巨大的爆炸，表現為強烈的低能的伽馬射線輻射。接近于光速的爆炸物與周圍環境氣體碰撞則產生“后隨爆炸”，也稱為余輝。“‘拉索’首次精確地觀測了‘后隨爆炸’的完整過程，記錄了萬億電子伏特伽馬射線流量增強和衰減的整個階段。” LHAASO項目首席科學家、LHAASO國際合作組發言人、中國科學院高能物理研究所研究員曹臻說。
憑借對上萬個伽馬射線暴的觀測，科學家們已經建立了似乎完美的理論模型，甚至于對它深信不疑了。“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。鑒于此次爆發千年不遇的稀缺性，這個觀測結果預期將在今后幾十甚至上百年內將保持最佳。
“拉索”首次測量到高能光子流量的快速增強過程
“在后隨爆炸過程中，‘拉索’首次探測到光子流量的極速增強。” 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說。不到兩秒的時間內流量增強了100多倍，之后的緩慢增長行為卻符合后隨爆炸的預期特征。早期如此快速的增強現象超出了以往理論模型的預期。究竟存在著什么樣的機制?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。
“拉索”發現了此伽馬射線暴歷史最亮的秘密
“拉索”觀測表明，高能輻射在起爆之后不到10分鐘的某個時刻，亮度突然快速減弱了。“這可解釋為爆炸后的拋射物是噴流狀的結構，當輻射張角擴展到了噴流的邊緣時造成亮度快速下降。” 論文通訊作者之一，南京大學教授王祥玉說。由于這個亮度轉折發生時間極早，由此測出了噴流的張角也極小，僅0.8度。這是迄今知道的最小張角的噴流，意味著觀測到的實際上是一個典型內亮外暗噴流的最明亮的核心。“正是由于觀測者碰巧正對噴流最明亮的核心，自然地解釋了為什么這個伽馬射線暴是歷史上最亮的，也解釋了為什么這樣的事件極其罕見。” 論文通訊作者之一，中國科學技術大學教授戴子高表示。
“拉索”在最高能段的高統計量觀測，將會揭示更多的謎團
在這個事件持續的十分鐘內，“拉索”記錄到的光子數超過了過去幾年對“標準燭光”蟹狀星云觀測積累。“若把選擇條件降到最低，光子數可以達到10萬!”論文通訊作者之一、中國科學院高能物理研究所研究員查敏說。對比同能區其它實驗裝置，甚至是專門設計來追蹤伽馬暴的設備，它們測到的光子數目僅在千個以下的水平，且都只測到了爆炸過后60秒以晚的“余輝”。“截至當下，本場爆炸事件還有其它的許多新發現，科學家們還在不懈地深耕‘拉索’的數據，力圖揭示更多的奧秘，敬請等待‘拉索’的后續數據分析成果。” 曹臻對LHAASO下一階段成果給出了樂觀的預期。
圖1：“拉索”以超過250倍標準偏差的高顯著水平觀測到了伽馬射線暴GRB 221009A的爆發。
圖2：“拉索”測量得到的伽馬射線暴221009A在5個時間段的本征譜與觀測譜，能量范圍約在2千億到7萬億電子伏特之間。
圖3：“拉索”觀測到的3千億到5萬億電子伏特能量范圍的GRB221009A余輝輻射的光變過程與能譜指數演化，以及函數擬合。“拉索”首次實現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，發現了余輝輻射過程的快速增長現象，發現了伽馬射線暴GRB221009A余輝輻射過程的快速衰減現象。
