3月29日凌晨，中國科學(xué)院高能物理研究所與全球40余家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布對迄今最亮伽馬射線暴GRB?221009A的研究成果。高能所牽頭研制的慧眼衛(wèi)星（Insight-HXMT）和極目空間望遠(yuǎn)鏡（GECAM-C）成功在硬X射線和軟伽馬能段對該伽馬暴的瞬時輻射和早期余輝進(jìn)行了目前國際最高精度的測量，不僅發(fā)現(xiàn)其具有迄今觀測到的最大亮度，將伽馬暴的亮度紀(jì)錄提升了50倍，而且發(fā)現(xiàn)其各向同性能量也打破紀(jì)錄，相當(dāng)于在1分鐘內(nèi)釋放8個太陽質(zhì)量的全部能量，此外還揭示其產(chǎn)生了極為狹窄、極端明亮、接近光速運(yùn)動的噴流，對這個千年一遇的天體爆發(fā)的研究做出了獨特貢獻(xiàn)。

　　本項工作由中科院粒子天體物理重點實驗室牽頭的國際合作團(tuán)隊完成，成員來自中國、美國、意大利、法國、德國等30余家研究機(jī)構(gòu)，論文通訊作者為高能所研究員熊少林、張雙南以及美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校教授張冰（論文已在線發(fā)布于arXiv:2303.01203）。

　　值得指出的是，在對該歷史性伽馬暴的觀測中，高能所牽頭建造的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）與慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡開展了天地聯(lián)合觀測，其中，高海拔宇宙線觀測站利用其大量的甚高能觀測數(shù)據(jù)，做出了多項重要首次發(fā)現(xiàn)。

　　伽馬暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的爆炸現(xiàn)象，包括兩種類型，一類產(chǎn)生于很大質(zhì)量恒星的核心坍縮爆炸，持續(xù)時間通常長于2秒，此次發(fā)現(xiàn)的伽馬暴即屬于此類；另一類產(chǎn)生于兩顆極端致密天體（中子星、黑洞等）的合并爆炸，持續(xù)時間通常短于2秒，并同時發(fā)出引力波。這兩類天體爆炸均能產(chǎn)生一顆黑洞或中子星等極端致密天體，其通過極強(qiáng)引力吞噬周圍物質(zhì)并以接近光速從兩極噴射物質(zhì)，形成一對相反方向的噴流。噴流內(nèi)部的激波或磁重聯(lián)等過程加速帶電粒子產(chǎn)生伽馬射線輻射，稱為瞬時輻射。噴流和周圍的星際介質(zhì)相互作用也能產(chǎn)生輻射，稱為余輝。只有噴流恰好對準(zhǔn)地球時，人類才有機(jī)會探測到這些輻射。

　　自從1967年人類發(fā)現(xiàn)首個伽馬暴以來，已探測到近萬例伽馬暴。2022年10月9日，包括高能所牽頭建造的空間和地面觀測設(shè)備在內(nèi)的全球眾多天文設(shè)施均觀測到這個迄今最亮的伽馬暴（編號GRB?221009A），其產(chǎn)生于距離地球24億光年的宇宙深處。該伽馬暴具有極端的亮度和相對較近的距離使其成為名副其實的千年一遇的歷史性事件。

　　我國專門為探測伽馬暴和引力波電磁對應(yīng)體而建造的極目空間望遠(yuǎn)鏡和我國首臺空間X射線天文望遠(yuǎn)鏡慧眼衛(wèi)星聯(lián)合，在硬X射線和軟伽馬射線能段精確刻畫了該伽馬暴從前兆輻射到主暴、耀發(fā)以及早期余輝的各個關(guān)鍵階段的輻射性質(zhì)。其中，極目空間望遠(yuǎn)鏡正好處于能夠記錄極高伽馬射線流強(qiáng)的特殊觀測模式，避免了因極端亮度而容易產(chǎn)生的各種儀器效應(yīng)（包括數(shù)據(jù)飽和丟失、信號堆積、死時間過大等），成功對該伽馬暴極端明亮的主暴進(jìn)行了完整而精確的探測。而慧眼衛(wèi)星配備的高能X射線望遠(yuǎn)鏡憑借其在兆電子伏能區(qū)最大的有效面積，成功探測到該伽馬暴，并獲得了其前兆輻射和早期余輝的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

　　基于極目空間望遠(yuǎn)鏡的精確觀測數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)該伽馬暴具有迄今探測到的最高亮度，將伽馬暴亮度紀(jì)錄提升了50倍。由于伽馬暴距離地球十分遙遠(yuǎn)，對于它發(fā)出的所有伽馬射線來說，探測到的只是滄海一粟。通常無法知曉伽馬暴向我們視線之外的方向輻射了多少能量，假設(shè)伽馬暴向各個方向輻射了幾乎相同數(shù)量的伽馬射線，那么根據(jù)探測到的伽馬射線和伽馬暴的距離，可計算該伽馬暴向各個方向發(fā)出的所有伽馬射線的總能量，即各向同性能量。研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，這個伽馬暴的各向同性能量也打破紀(jì)錄，超過了10的55次方爾格，相當(dāng)于在1分鐘內(nèi)釋放8個太陽質(zhì)量的全部能量。

　　慧眼和極目的聯(lián)合觀測結(jié)果可以推測，該伽馬暴的余輝由慢衰減到快衰減的拐折出現(xiàn)得非常早，意味著產(chǎn)生伽馬射線的噴流非常狹窄，是人類探測到的最狹窄的伽馬暴噴流之一。研究團(tuán)隊認(rèn)為，極為狹窄的噴流可能是該伽馬暴看上去極端明亮的原因之一。因此，本次慧眼和極目的觀測研究對于深入理解這種極端宇宙爆發(fā)現(xiàn)象提供了嶄新視角。

　　慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡均由高能所提出和牽頭研制?；垩坌l(wèi)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(fèi)和中科院空間科學(xué)（一期）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的共同支持，高能所負(fù)責(zé)衛(wèi)星有效載荷、地面應(yīng)用系統(tǒng)和科學(xué)研究工作，航天科技集團(tuán)公司五院為衛(wèi)星總體單位。自2017年6月15日發(fā)射升空以來，慧眼衛(wèi)星已在軌穩(wěn)定運(yùn)行超過5年，已在黑洞、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(wèi)星是中科院空間科學(xué)（二期）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項支持的機(jī)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。參與本次發(fā)現(xiàn)的是極目系列的第三個載荷（編號GECAM-C），其于2022年7月27日搭載中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院牽頭研制的空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星（SATech-01）發(fā)射入軌。極目系列衛(wèi)星采用了一系列創(chuàng)新的探測技術(shù)，并開創(chuàng)性地使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)短報文服務(wù)實現(xiàn)星地準(zhǔn)實時通訊，已發(fā)現(xiàn)一大批伽馬暴、磁星爆發(fā)、快速射電暴的高能對應(yīng)體、太陽耀斑以及地球伽馬閃等高能爆發(fā)現(xiàn)象。

　　本項研究獲得科技部重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金等的資助。

慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡觀測迄今最亮伽馬暴示意圖

迄今發(fā)現(xiàn)的最亮伽馬射線暴GRB?221009A想象圖