“拉索”精確測(cè)量迄今最亮伽馬射線暴高能輻射能譜
光明日?qǐng)?bào)北京11月16日電 2022年10月9日,國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測(cè)站‘拉索’(LHAASO)”發(fā)現(xiàn)了史上最亮伽馬暴GRB 221009A。一年之后,由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的“拉索”國(guó)際合作組精確測(cè)量了它的高能輻射能譜,開(kāi)啟了新物理探索之門(mén)。
該能譜相關(guān)數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的伽馬暴余輝標(biāo)準(zhǔn)輻射模型,揭示出宇宙背景光在紅外波段強(qiáng)度低于預(yù)期。為檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦相對(duì)論適用范圍、探索暗物質(zhì)候選粒子等新物理研究方面提供重要信息。這一成果于北京時(shí)間2023年11月16日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。
“捕捉到GRB 221009A充分顯示了‘拉索’的能力。這一年來(lái),我們分析了其成因,發(fā)現(xiàn)了一些與現(xiàn)有伽馬暴理論的相悖之處?!薄袄鳌笔紫茖W(xué)家、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻介紹,在伽馬暴標(biāo)準(zhǔn)模型中,余輝輻射起源于以接近光速飛行的爆炸物與周?chē)h(huán)境氣體物質(zhì)的碰撞,碰撞產(chǎn)生的高速激波會(huì)把電子加速到非常高的能量,這些電子進(jìn)一步撞擊周?chē)墓庾映蔀楦吣苜ゑR輻射。理論上這種輻射的光子能量越高,其輻射強(qiáng)度就衰減得越快,理論上很難被“拉索”探測(cè)到。但“拉索”對(duì)GRB 221009A輻射能譜的精確測(cè)量卻發(fā)現(xiàn)伽馬暴輻射一直延伸到13TeV。這個(gè)結(jié)果意味著伽馬暴余輝的10TeV左右光子可能產(chǎn)生于更復(fù)雜的粒子加速過(guò)程,或者存在新的輻射機(jī)制,對(duì)伽馬暴余輝標(biāo)準(zhǔn)模型提出了挑戰(zhàn)。
曹臻解釋,目前的標(biāo)準(zhǔn)宇宙演化模型認(rèn)為,高能伽馬光子在飛行時(shí)會(huì)被宇宙中彌漫的背景光吸收,伽馬光子能量越高被吸收得越強(qiáng)烈;反之,科學(xué)家們也是根據(jù)伽馬射線被吸收的程度,來(lái)判斷宇宙背景光的強(qiáng)度與性質(zhì)。而宇宙背景光是宇宙中不同距離處所有的星系輻射產(chǎn)物的總和,與宇宙演化密切相關(guān)?!暗敬位凇鳌瘻y(cè)量的精確能譜,我們推算出宇宙背景光對(duì)高能伽馬光的吸收低于預(yù)期,紅外波段宇宙背景光強(qiáng)度僅為現(xiàn)有宇宙學(xué)模型預(yù)期的40%左右。這一結(jié)果將促使人們重新考慮宇宙中星系的形成和演化過(guò)程?!辈苷檎f(shuō)。
“當(dāng)然,也可能標(biāo)準(zhǔn)的宇宙演化模型是正確的,那么,就意味著存在某種超出當(dāng)前粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理機(jī)制?!辈苷榻榻B,這將為檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦相對(duì)論適用范圍、探索暗物質(zhì)候選粒子等前沿研究提供重要信息。
“‘拉索’是國(guó)際上最靈敏的超高能伽馬射線探測(cè)裝置,具有大視場(chǎng)和全天候的特點(diǎn),每天可以監(jiān)視2/3的天區(qū)范圍?!辈苷檎f(shuō),“本次成果預(yù)期將會(huì)引發(fā)更多相關(guān)新物理的研究?!?strong>(記者齊芳)
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