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我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙最高能量伽馬譜線

2024-07-25 10:51

來(lái)源:中國(guó)網(wǎng)·中國(guó)發(fā)展門(mén)戶網(wǎng)

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中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門(mén)戶網(wǎng)訊 近日,中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的科研團(tuán)隊(duì),通過(guò)分析極目空間望遠(yuǎn)鏡和費(fèi)米衛(wèi)星的聯(lián)合觀測(cè)數(shù)據(jù),在伽馬暴中發(fā)現(xiàn)能量高達(dá)37兆電子伏的伽馬射線譜線,且譜線的能量和光度均以冪律形式演化,這是迄今觀測(cè)到的宇宙天體產(chǎn)生的能量最高、證據(jù)最確鑿的譜線。這些發(fā)現(xiàn)為破解伽馬暴及相對(duì)論性噴流產(chǎn)生之謎提供了全新的重要線索,是伽馬暴觀測(cè)研究的里程碑。相關(guān)研究成果以封面論文形式7月25日在《中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)》(英文版)期刊正式發(fā)表。研究論文由“懷柔一號(hào)”極目衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的熊少林研究員牽頭并擔(dān)任通訊作者,中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)的毛基榮研究員和中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的張雙南研究員擔(dān)任共同通訊作者。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的博士研究生張艷秋是論文的第一作者,主要負(fù)責(zé)能譜和譜線分析工作。

圖1 本項(xiàng)研究成果以封面論文形式發(fā)表在《中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)》(英文版)。圖片展現(xiàn)了極目空間望遠(yuǎn)鏡和費(fèi)米衛(wèi)星觀測(cè)迄今最亮伽馬暴,并聯(lián)合發(fā)現(xiàn)隨時(shí)間演化的伽馬射線譜線的情況。

伽馬暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的爆炸現(xiàn)象,普遍認(rèn)為由大質(zhì)量恒星的核心坍縮或兩顆極端致密天體(中子星、黑洞等)并合而產(chǎn)生。自上世紀(jì)六十年代首次發(fā)現(xiàn),伽馬暴的觀測(cè)研究一直處于前沿領(lǐng)域,特別是近年來(lái)隨著引力波的發(fā)現(xiàn),伽馬暴已成為多波段多信使時(shí)域天文研究的焦點(diǎn)。近年來(lái)我國(guó)發(fā)射了一系列空間望遠(yuǎn)鏡開(kāi)展伽馬暴觀測(cè)研究,包括慧眼衛(wèi)星、“懷柔一號(hào)”極目系列衛(wèi)星、愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星以及中法天文衛(wèi)星等等。2022年10月9日,全球眾多天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到一例迄今最亮的伽馬暴(編號(hào)GRB 221009A),其中,我國(guó)的慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)該伽馬暴的瞬時(shí)輻射進(jìn)行了精確測(cè)量,發(fā)現(xiàn)該伽馬暴具有打破紀(jì)錄的觀測(cè)亮度和各向同性能量,這些極端性質(zhì)使其成為名副其實(shí)的千年一遇的歷史性天文事件。

在本項(xiàng)研究中,中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所“懷柔一號(hào)”極目衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)、河北師范大學(xué)、貴州師范大學(xué)等單位的科研人員,利用自主研制的極目空間望遠(yuǎn)鏡(GECAM-C)和國(guó)際上的費(fèi)米衛(wèi)星伽馬射線監(jiān)測(cè)器(Fermi/GBM)的觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)迄今最亮伽馬暴開(kāi)展了詳細(xì)的能譜分析和譜線搜索工作,特別是利用極目空間望遠(yuǎn)鏡的精確測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)費(fèi)米衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)和檢驗(yàn),并開(kāi)展了大量的探測(cè)器本底研究和儀器效應(yīng)分析等工作,成功提取出精準(zhǔn)可靠的伽馬暴能譜。

圖2 研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)伽馬暴的譜線能量隨時(shí)間以冪律演化(引自本項(xiàng)研究的論文)。

經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)分析,研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該伽馬暴的能譜中存在一條演化規(guī)律的發(fā)射線譜線,譜線的能量和光度均隨時(shí)間以冪律演化,為譜線的真實(shí)性以及譜線起源于該伽馬暴提供了最堅(jiān)實(shí)的證據(jù)。此外,研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)譜線的相對(duì)展寬較窄(僅10%左右)且基本不隨時(shí)間變化。令人更意外的是,在伽馬暴主暴階段譜線能量高達(dá)37兆電子伏,這是迄今探測(cè)到的宇宙天體產(chǎn)生的最高能量的譜線。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于研究伽馬暴及相對(duì)論性噴流的物理性質(zhì)和產(chǎn)生機(jī)制具有重要而獨(dú)特價(jià)值,是伽馬暴和極端宇宙觀測(cè)研究的重大突破。

“懷柔一號(hào)”極目衛(wèi)星(英文簡(jiǎn)稱GECAM)是中國(guó)科學(xué)院“空間科學(xué)”(二期)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)支持的我國(guó)首個(gè)機(jī)遇型空間科學(xué)項(xiàng)目,于2020年12月10日發(fā)射運(yùn)行。參與本次發(fā)現(xiàn)的極目空間望遠(yuǎn)鏡(編號(hào)GECAM-C)是極目系列衛(wèi)星的第三個(gè)載荷,于2022年7月27日搭載中國(guó)科學(xué)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(yàn)衛(wèi)星發(fā)射入軌。極目系列衛(wèi)星已發(fā)現(xiàn)一大批伽馬暴、磁星爆發(fā)、快速射電暴的高能對(duì)應(yīng)體、太陽(yáng)耀斑以及地球伽馬閃等高能爆發(fā)現(xiàn)象。極目系列衛(wèi)星采用了一系列創(chuàng)新的探測(cè)技術(shù),并開(kāi)創(chuàng)性地使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的短報(bào)文服務(wù)實(shí)現(xiàn)星地準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊,革新了空間望遠(yuǎn)鏡的使用方式,極大地提升了科學(xué)成果產(chǎn)出。

【責(zé)任編輯:殷曉霞】
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