“拉索”精确测量迄今最亮伽马暴高能辐射能谱

发布时间:2024-02-28 00:53:28 来源: sp20240228

  日前,国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站”(拉索)正式发布了迄今最亮伽马射线暴(以下简称“伽马暴”)的高能辐射能谱,该结果挑战了传统的伽马暴余辉的标准辐射模型,揭示出宇宙背景光在红外波段强度低于预期。同时,该能谱为检验爱因斯坦相对论的适用范围、探索暗物质候选粒子——轴子等新物理研究提供了重要信息。

  相关成果发表在《科学进展》上,由中国科学院高能物理研究所牵头的“拉索”国际合作组完成。

  伽马暴是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象。2022年10月9日,“拉索”记录到来自伽马暴GRB 221009A高达10万亿电子伏特以上的伽马暴辐射光子。作为迄今最亮伽马暴,GRB 221009A产生于一颗比太阳重20多倍的大质量恒星。该大质量恒星在燃料耗尽时坍缩爆炸,释放出强烈辐射。

  在伽马暴标准模型中,以接近光速飞行的爆炸物与周围环境气体物质碰撞,产生的高速激波使电子有非常高的能量。这些电子进一步撞击周围的光子,形成高能伽马辐射,即余辉辐射。理论上,光子能量越高,辐射强度衰减得越快。

  “然而,本次‘拉索’对辐射能谱的精确测量却发现,尽管光子能量达到10万亿电子伏特以上,但伽马暴辐射强度不仅没有衰减,反而一直延伸到13万亿电子伏特。”“拉索”国际合作组物理协调人、中国科学院高能物理研究所研究员陈松战说,“该能谱对伽马暴余辉标准模型提出了挑战。”

  宇宙背景光是宇宙中不同距离处所有星系辐射产物的总和,与宇宙演化密切相关。高能伽马光子在飞行时会被宇宙中弥漫的背景光吸收,伽马光子能量越高被吸收得就越强烈。

  然而,科研人员基于“拉索”测量的精确能谱推算发现,宇宙背景光对高能伽马光子的吸收低于预期,红外波段宇宙背景光强度仅为现有宇宙学模型预期的40%左右。

  “这一结果将促使人们重新考虑宇宙中星系的形成和演化过程。”陈松战说。

  也有一种可能是标准的宇宙演化模型依然正确。“拉索”项目首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻说:“宇宙背景光对高能伽马光子的吸收低于理论预期,可能意味着存在某种超出当前粒子物理标准模型的新物理机制。”

  在曹臻看来,此次“拉索”发布了最亮伽马暴的精确伽马光子能谱,开启了新物理探索之门。“辐射能谱展现了一些新现象,将激发全球科学家共同思考。”曹臻说。

  《 人民日报 》( 2023年11月29日 11 版)

(责编:牛镛、岳弘彬)