宇宙深處，一顆恒星即將死亡，它爆發(fā)出的驚人能量以光速前進(jìn)，跨越50億光年旅程，突然造訪地球……

今年1月，人類觀測(cè)到有史以來最強(qiáng)的伽馬射線暴，其釋放的光子能量在0.2—1萬億電子伏特之間，其總輻射能量甚至超過了太陽在過去100億年中釋放的能量總和，堪稱“史上最強(qiáng)的光”。

近日，《自然》雜志發(fā)表了3篇論文，詳細(xì)闡述了這些高能光子如何形成。為此，記者采訪了南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院長江學(xué)者戴子高教授。

強(qiáng)大的射線起源仍是謎

伽馬射線是一種電磁輻射，主要來源于原子核的衰變，一個(gè)伽馬光子的能量是普通可見光中光子能量的100萬倍。伽馬射線暴，簡稱伽馬暴，是宇宙中伽馬射線強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)突然增強(qiáng)，隨后又迅速減弱的現(xiàn)象。

伽馬暴的持續(xù)時(shí)間不長，通常只有幾毫秒到幾千秒，分為持續(xù)時(shí)間小于2秒的短暴與大于2秒的長暴。

伽馬暴的威力如此之強(qiáng)，所以一旦發(fā)生，被它近距離照射的區(qū)域?qū)⒈?ldquo;徹底清空”，任何生命都逃不過它的攻擊。

那么，威力驚人的伽馬暴究竟是如何產(chǎn)生的呢?令人遺憾的是，伽馬暴仍是宇宙最大謎團(tuán)之一。雖然，它早在1967年就被發(fā)現(xiàn)，但幾十年來，人們對(duì)其本質(zhì)仍不清楚。

一般認(rèn)為，長暴是在超大質(zhì)量恒星耗盡核燃料時(shí)發(fā)生的。當(dāng)恒星的核心坍縮為黑洞或中子星后，像噴泉一樣的物質(zhì)噴流以接近光速的速度向外沖出，這個(gè)過程就會(huì)產(chǎn)生伽馬暴，同時(shí)可能產(chǎn)生超新星爆發(fā)。而短暴，研究人員認(rèn)為，是由兩個(gè)中子星碰撞產(chǎn)生的。當(dāng)兩個(gè)中子星碰撞時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生黑洞或中子星，像長暴一樣，也有噴流以接近光速的速度向外沖出，進(jìn)而形成伽馬暴，同時(shí)產(chǎn)生引力波事件，如GW170817。

精準(zhǔn)觀測(cè)揭秘高能輻射成因

從發(fā)現(xiàn)伽馬暴的那天起，人類就迫切地想弄明白它的起源和輻射機(jī)制。不過，它發(fā)生得太突然，以至于科學(xué)家還沒來得及將觀測(cè)設(shè)備對(duì)準(zhǔn)它時(shí)，就已經(jīng)結(jié)束了。

但這次與過去不一樣，得益于全球協(xié)作，有多個(gè)觀測(cè)設(shè)備記錄到這一驚人的伽馬暴?？茖W(xué)家將這個(gè)來自宇宙深處的爆炸命名為GRB190114C，當(dāng)它產(chǎn)生的伽馬暴抵達(dá)地球時(shí)，被兩顆衛(wèi)星探測(cè)到。不到22秒，爆炸的坐標(biāo)信息就已發(fā)送到全世界天文學(xué)家手中。

戴子高說，伽馬暴的高能輻射機(jī)制一直是該領(lǐng)域的疑難問題。科學(xué)界認(rèn)為，這樣的輻射可能有三種成因，一是產(chǎn)生于高能電子的同步輻射，二是逆康普頓散射，三是強(qiáng)子過程(即高能質(zhì)子與光子或高能質(zhì)子與質(zhì)子的相互作用)。

以前探測(cè)到的伽馬暴的光子能量相對(duì)比較低，是電子同步輻射驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，這種情況比較常見。但是此次探測(cè)到的伽馬射線光子能量極其驚人，顯然不是來自同步輻射。

科學(xué)家將它與2018年7月的GRB180720B伽馬暴進(jìn)行對(duì)比研究，有了進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為這種輻射機(jī)制來自逆康普頓散射。

“高能電子與低能光子發(fā)生碰撞，結(jié)果是高能電子把其能量轉(zhuǎn)移給低能光子，獲得了高能光子，這個(gè)過程為逆康普頓散射。”戴子高進(jìn)一步解釋說，這一次觀測(cè)到的高能光子流量，明顯高于同步輻射從低能段向高能段的延伸，所以它只能產(chǎn)生于相對(duì)論沖擊波的逆康普頓散射。

伽馬暴之所以廣受關(guān)注，是因?yàn)樗纬捎谟钪嬖缙陔A段，科學(xué)家們可以利用它來研究早期宇宙的性質(zhì)。

有科學(xué)家認(rèn)為，這次伽馬暴所發(fā)出的輻射能量是人類觀測(cè)史上最強(qiáng)的，這也成為了天文學(xué)史上的一個(gè)里程碑。

“這次觀測(cè)證實(shí)了伽馬射線暴在MeV(兆電子伏特)能段的輻射機(jī)制為同步輻射，而在高能段的機(jī)制為逆康普頓散射。”戴子高說道。

另外，我國的“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)已于2017年發(fā)射運(yùn)行，而空間變?cè)幢O(jiān)視器(SVOM)、愛因斯坦探針(EP)、X射線時(shí)變和偏振探測(cè)器(eXTP)以及引力波暴高能電磁對(duì)應(yīng)體全天監(jiān)測(cè)器(GECAM)等項(xiàng)目正處在不同的研究階段，它們的成功實(shí)施將使我國在伽馬暴探測(cè)上達(dá)到國際先進(jìn)水平。未來，這些設(shè)備將為伽馬暴研究貢獻(xiàn)出中國學(xué)者的力量。

關(guān)鍵詞： 逆康普頓散射 最強(qiáng)的光