甘孜日報 2023年06月20日
對話(huà)“拉索”項目首席科學(xué)家曹臻
◎四川日報記者 吳憂(yōu)
位于甘孜州稻城縣海子山的“拉索”，首次完整記錄了大質(zhì)量恒星死亡瞬間萬(wàn)億電子伏特伽馬射線(xiàn)爆發(fā)全過(guò)程，揭開(kāi)了這次爆炸事件的面紗。
“拉索”項目首席科學(xué)家曹臻表示，這是獨一無(wú)二的“拉索”取得的獨一無(wú)二的成果。近日，記者對話(huà)曹臻，請他講述這項觀(guān)測研究成果背后的故事。
這項成果大家翹首以盼
記者：審稿專(zhuān)家說(shuō)，這是一項非凡的實(shí)驗結果，值得迅速發(fā)表。這是為什么？
曹臻：這是一次舉世矚目的觀(guān)測。對這次觀(guān)測研究的成果，全球天文學(xué)家翹首以盼。去年10月9日，人類(lèi)觀(guān)測到有記錄以來(lái)最亮的伽馬射線(xiàn)暴，這是約20億年前，約24億光年外的一顆大質(zhì)量恒星死亡瞬間劇烈爆炸所產(chǎn)生的，其亮度比以往最亮伽馬射線(xiàn)暴還要高幾十倍以上。如此亮的伽馬射線(xiàn)暴掃到地球，上千年甚至上萬(wàn)年才有一次。全球幾十個(gè)空間探測器和地面探測器都進(jìn)行了觀(guān)測，我國的“慧眼”衛星和“極目”空間望遠鏡，以及地面的“拉索”，也在其中。特別是“拉索”，收集到6萬(wàn)多個(gè)伽馬光子，首次完整記錄了萬(wàn)億電子伏特伽馬射線(xiàn)爆發(fā)全過(guò)程，這是人類(lèi)歷史上從未有過(guò)的壯舉。《科學(xué)》雜志對這篇論文確實(shí)給予特殊照顧，從投稿到發(fā)表不到3個(gè)月。
記者：“拉索”的觀(guān)測研究結果有何特殊之處？
曹臻：這次觀(guān)測非常漂亮。“拉索”收集到的信號細節表明，觀(guān)測到的光子來(lái)源于主爆之后的后隨爆炸。伽馬射線(xiàn)暴事件的主爆也稱(chēng)為瞬時(shí)輻射，是初始階段的巨大爆炸，表現為強烈的低能伽馬射線(xiàn)輻射。接近于光速的爆炸物與周?chē)h(huán)境氣體碰撞則產(chǎn)生后隨爆炸，也稱(chēng)為余輝。“拉索”首次精確地觀(guān)測了后隨爆炸的完整過(guò)程，記錄了萬(wàn)億電子伏特伽馬射線(xiàn)流量增強和衰減的整個(gè)階段。其中，流量衰減階段出現明顯拐折，流量快速減小，可以推測此次爆炸的拋射物是噴流狀的結構，噴流張角極小，我們正好觀(guān)測到噴流最明亮的核心，解釋了為什么此次伽馬射線(xiàn)暴如此之亮。而在流量增強階段，“拉索”首次觀(guān)測到極速增強的現象，在最初不到兩秒的時(shí)間內，流量增強了100多倍，超出了以往理論模型的預期。
這項成果源于“守株待兔”
記者：為什么只有“拉索”做到了？
曹臻：作為地面觀(guān)測站，“拉索”是“守株待兔”式的觀(guān)測，GRB 221009A恰好落在“拉索”的最佳觀(guān)測視場(chǎng)范圍內。當然，除了運氣，“拉索”也充分發(fā)揮了靈敏度高的優(yōu)勢，對這次持續幾百秒的伽馬射線(xiàn)暴，從第一秒開(kāi)始就精確記錄，得到了完整、準確的觀(guān)測數據。所以天文學(xué)家們說(shuō)，這是人類(lèi)的幸運——宇宙中最靚麗的“煙花”，恰好被人類(lèi)最清晰的攝像頭捕捉到了。
記者：“拉索”是如何做到的？
曹臻：“拉索”是以宇宙線(xiàn)觀(guān)測研究為核心的國家重大科技基礎設施，平均海拔4410米，占地面積約1.36平方公里。本次觀(guān)測成果主要由其中的水切倫科夫探測器陣列提供，該陣列具有寬視場(chǎng)、全天候的特點(diǎn)，對伽馬射線(xiàn)暴這樣的突發(fā)天體現象的觀(guān)測具有突出優(yōu)勢。當伽馬射線(xiàn)進(jìn)入地球大氣層，會(huì )產(chǎn)生次級產(chǎn)物伽馬光子，這次我們在整個(gè)伽馬射線(xiàn)暴的10多分鐘內收集到6萬(wàn)多個(gè)伽馬光子，超過(guò)了過(guò)去幾年對宇宙“標準燭光”蟹狀星云的觀(guān)測積累。對比其他實(shí)驗裝置，甚至是專(zhuān)門(mén)用來(lái)追蹤伽馬射線(xiàn)暴的設備，它們測到的伽馬光子數目?jì)H在千個(gè)以下，且都只測到爆炸過(guò)后60秒以后的余輝，所以“拉索”的觀(guān)測是獨一無(wú)二的完整、精確。
這項成果提升人類(lèi)對宇宙的認識
記者：為什么要研究伽馬射線(xiàn)暴？
曹臻：伽馬射線(xiàn)暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆炸現象，其幾秒鐘輻射的能量相當于太陽(yáng)100億年輻射能量的總和。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀的研究，人們認識到伽馬射線(xiàn)暴產(chǎn)生于特別極端的物理環(huán)境，比如極高的磁場(chǎng)、極強的引力、極快的速度等，伽馬射線(xiàn)暴由此成為天體物理甚至基礎物理領(lǐng)域青睞的極端物理實(shí)驗室。人們期望利用伽馬射線(xiàn)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課題，而在這之前必須對伽馬射線(xiàn)暴本身的物理起源具備深刻了解。
記者：這次觀(guān)測研究成果有何重要意義？
曹臻：這是人類(lèi)第一次完整記錄大質(zhì)量恒星死亡瞬間萬(wàn)億電子伏特伽馬射線(xiàn)爆發(fā)全過(guò)程，將大大增進(jìn)人類(lèi)對伽馬射線(xiàn)暴輻射機制以及噴流結構等方面的理解。這次觀(guān)測，已經(jīng)解答了科學(xué)家的一些疑惑，讓不少問(wèn)題迎刃而解。截至目前，本場(chǎng)爆炸事件還有其他許多新發(fā)現，科學(xué)家們還在不懈地深耕“拉索”的數據，力圖揭示更多的奧秘。
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