“拉索”精确测量迄今最亮伽马射线暴高能辐射能谱

国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站”（LHAASO，简称“拉索”）正式发布了迄今最亮伽马射线暴（编号GRB 221009A）的高能伽马辐射精确能谱，该结果挑战了传统的伽马暴余辉标准辐射模型，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——轴子等新物理研究方面提供了重要信息。相关结果在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表，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。

伽马暴是来自天空中某一方向的伽马射线突然增强的闪烁现象，是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象，最早在1967年被发现。2019年以来，人类发现了3例伽马暴辐射光子的最高能量达到1 TeV（1万亿电子伏特）。2022年10月9日，拉索记录到来自伽马暴GRB 221009A高达10 TeV以上的伽马光子，在60年的伽马暴研究历史上具有里程碑意义。GRB 221009A是史上最亮伽马暴，产生于一颗比太阳重20多倍的大质量恒星在燃料耗尽时的塌缩爆炸，此前拉索精细测量了其TeV辐射随时间完整的变化行为，确定了其辐射起源于余辉辐射，并揭示了记录到此伽马暴历史最亮的成因，相关成果于2023年6月在《科学》（Science）杂志上发表。

在伽马暴标准模型中，余辉辐射起源于以接近光速飞行的爆炸物与周围环境气体物质的碰撞，碰撞产生的高速激波会把电子加速到非常高的能量，这些电子进一步撞击周围的光子成为高能伽马辐射。理论上这种辐射的光子能量越高，其辐射强度就衰减得越快，但本次拉索对其辐射能谱的精确测量却发现伽马暴辐射一直延伸到13 TeV（见附图）。该能谱对伽马暴余辉标准模型提出了挑战，预示着伽马暴余辉的10TeV左右光子可能产生于更复杂的粒子加速过程或者存在新的辐射机制。