對話“拉索”項目首席科學家曹臻

◎四川日報記者 吳憂

位于甘孜州稻城縣海子山的“拉索”，首次完整記錄了大質量恒星死亡瞬間萬億電子伏特伽馬射線爆發(fā)全過程，揭開了這次爆炸事件的面紗。

“拉索”項目首席科學家曹臻表示，這是獨一無二的“拉索”取得的獨一無二的成果。近日，記者對話曹臻，請他講述這項觀測研究成果背后的故事。

這項成果大家翹首以盼

記者：審稿專家說，這是一項非凡的實驗結果，值得迅速發(fā)表。這是為什么？

曹臻：這是一次舉世矚目的觀測。對這次觀測研究的成果，全球天文學家翹首以盼。去年10月9日，人類觀測到有記錄以來最亮的伽馬射線暴，這是約20億年前，約24億光年外的一顆大質量恒星死亡瞬間劇烈爆炸所產生的，其亮度比以往最亮伽馬射線暴還要高幾十倍以上。如此亮的伽馬射線暴掃到地球，上千年甚至上萬年才有一次。全球幾十個空間探測器和地面探測器都進行了觀測，我國的“慧眼”衛(wèi)星和“極目”空間望遠鏡，以及地面的“拉索”，也在其中。特別是“拉索”，收集到6萬多個伽馬光子，首次完整記錄了萬億電子伏特伽馬射線爆發(fā)全過程，這是人類歷史上從未有過的壯舉?！犊茖W》雜志對這篇論文確實給予特殊照顧，從投稿到發(fā)表不到3個月。

記者：“拉索”的觀測研究結果有何特殊之處？

曹臻：這次觀測非常漂亮。“拉索”收集到的信號細節(jié)表明，觀測到的光子來源于主爆之后的后隨爆炸。伽馬射線暴事件的主爆也稱為瞬時輻射，是初始階段的巨大爆炸，表現(xiàn)為強烈的低能伽馬射線輻射。接近于光速的爆炸物與周圍環(huán)境氣體碰撞則產生后隨爆炸，也稱為余輝。“拉索”首次精確地觀測了后隨爆炸的完整過程，記錄了萬億電子伏特伽馬射線流量增強和衰減的整個階段。其中，流量衰減階段出現(xiàn)明顯拐折，流量快速減小，可以推測此次爆炸的拋射物是噴流狀的結構，噴流張角極小，我們正好觀測到噴流最明亮的核心，解釋了為什么此次伽馬射線暴如此之亮。而在流量增強階段，“拉索”首次觀測到極速增強的現(xiàn)象，在最初不到兩秒的時間內，流量增強了100多倍，超出了以往理論模型的預期。

這項成果源于“守株待兔”

記者：為什么只有“拉索”做到了？

曹臻：作為地面觀測站，“拉索”是“守株待兔”式的觀測，GRB 221009A恰好落在“拉索”的最佳觀測視場范圍內。當然，除了運氣，“拉索”也充分發(fā)揮了靈敏度高的優(yōu)勢，對這次持續(xù)幾百秒的伽馬射線暴，從第一秒開始就精確記錄，得到了完整、準確的觀測數據。所以天文學家們說，這是人類的幸運——宇宙中最靚麗的“煙花”，恰好被人類最清晰的攝像頭捕捉到了。

記者：“拉索”是如何做到的？

曹臻：“拉索”是以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎設施，平均海拔4410米，占地面積約1.36平方公里。本次觀測成果主要由其中的水切倫科夫探測器陣列提供，該陣列具有寬視場、全天候的特點，對伽馬射線暴這樣的突發(fā)天體現(xiàn)象的觀測具有突出優(yōu)勢。當伽馬射線進入地球大氣層，會產生次級產物伽馬光子，這次我們在整個伽馬射線暴的10多分鐘內收集到6萬多個伽馬光子，超過了過去幾年對宇宙“標準燭光”蟹狀星云的觀測積累。對比其他實驗裝置，甚至是專門用來追蹤伽馬射線暴的設備，它們測到的伽馬光子數目僅在千個以下，且都只測到爆炸過后60秒以后的余輝，所以“拉索”的觀測是獨一無二的完整、精確。

這項成果提升人類對宇宙的認識

記者：為什么要研究伽馬射線暴？

曹臻：伽馬射線暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆炸現(xiàn)象，其幾秒鐘輻射的能量相當于太陽100億年輻射能量的總和。經過半個世紀的研究，人們認識到伽馬射線暴產生于特別極端的物理環(huán)境，比如極高的磁場、極強的引力、極快的速度等，伽馬射線暴由此成為天體物理甚至基礎物理領域青睞的極端物理實驗室。人們期望利用伽馬射線暴研究宇宙的演化歷史、重元素的起源以及相對論的正確性等重大課題，而在這之前必須對伽馬射線暴本身的物理起源具備深刻了解。

記者：這次觀測研究成果有何重要意義？

曹臻：這是人類第一次完整記錄大質量恒星死亡瞬間萬億電子伏特伽馬射線爆發(fā)全過程，將大大增進人類對伽馬射線暴輻射機制以及噴流結構等方面的理解。這次觀測，已經解答了科學家的一些疑惑，讓不少問題迎刃而解。截至目前，本場爆炸事件還有其他許多新發(fā)現(xiàn)，科學家們還在不懈地深耕“拉索”的數據，力圖揭示更多的奧秘。