我国科学家首次精确测量高能光子爆发的全过程

约20亿年前，一颗比太阳重20多倍的“超级太阳”大质量恒星燃烧完其核聚变燃料，瞬间坍缩引发巨大的爆炸火球，发出了一个持续几百秒的巨大“宇宙烟花”伽马射线暴。火球与星际物质碰撞产生的大量万亿电子伏特高能伽马光子穿过茫茫宇宙，径直飞向地球，于2022年10月9日21时20分50秒抵达高海拔宇宙线观测站（LHAASO，中文简称“拉索”）的视场范围，6万多个伽马光子被“拉索”收集到。经过几个月的分析，我国科学家揭开了这场爆炸事件的面纱。 相关成果2023年6月9日在国际学术期刊《科学》在线发表。

“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。伽马射线暴事件的“主爆”，也称为瞬时辐射，是初始阶段的巨大的爆炸，表现为强烈的低能的伽马射线辐射。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。” LHAASO项目首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻表示，“拉索”实现了其它实验没有达到的高能量波段光变过程的教科书式的完整观测，对理论模型的精确检验提供了实验基础。  

“在后随爆炸过程中，‘拉索’还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。

“拉索”以超过250倍标准偏差的高显著水平观测到了伽马射线暴GRB 221009A的爆发    

“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的最明亮的核心。 《科学》期刊审稿人评价，LHAASO合作组在TeV能区对伽马射线暴最早余辉进行了非常重要的、突破性的观测。通过这个“千年一遇”的事件为伽马射线暴提供了一个全新的视角。   曹臻说：“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。”