在大約75億光年遠(yuǎn)的地方，一顆垂死恒星釋放出天文學(xué)家是所見過最高能量的光。而這些光，正在幫助天文學(xué)家理解這些光粒子是如何被提升到如此極端能量的。天文學(xué)家在觀察伽馬射線暴(GRB)事件時發(fā)現(xiàn)了超高能光子。

被認(rèn)為是中子星碰撞或大質(zhì)量恒星坍塌的結(jié)果，伽馬射線爆發(fā)突然出現(xiàn)，有時只持***鐘。這些轉(zhuǎn)瞬即逝的爆發(fā)中，可以釋放出比太陽整個生命期所產(chǎn)生的能量還多。這些事件很難捕捉，但爆炸后會有余輝。

余輝發(fā)出的光線較暗，但持續(xù)時間較長，天文學(xué)家可以對其進(jìn)行詳細(xì)測量。當(dāng)兩架太空望遠(yuǎn)鏡通過自動化系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了一個名為GRB190114C的伽馬射線暴。在22秒內(nèi)，地球上的天文學(xué)家指示地面望遠(yuǎn)鏡測量事件后的余輝。新研究的合著者，主要大氣伽馬成像切倫科夫望遠(yuǎn)鏡(Magic)合作的發(fā)言人Razmik Mirzoyan表示：20多年來，我們一直在尋找這樣一個具有高能粒子的事件。能夠找到這個，僅僅是運(yùn)氣，只是堅(jiān)持，其研究結(jié)果發(fā)表在《自然》期刊上。

從天文學(xué)的角度來看，這一事件相對較近，這使得天文學(xué)家能夠在很大的波長范圍內(nèi)測量余輝，在接下來的10天里，科學(xué)家們收集了來自6顆衛(wèi)星和15架地面望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，這些望遠(yuǎn)鏡探測到了波長從無線電到紫外光的輻射。

天文學(xué)家分析了爆發(fā)后最初幾十秒的測量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)光子的能量為數(shù)萬億電子伏特，這是來自太陽典型光子能量的數(shù)萬億倍。雖然之前已經(jīng)檢測到能量超過1萬億電子伏特的光子來自其他天體物理來源，例如超新星殘骸，但目前還沒有人知道它們來自GRB。

多波長數(shù)據(jù)幫助天文學(xué)家確定粒子是如何被激發(fā)的，低能量光子是由圍繞磁場旋轉(zhuǎn)的粒子釋放出來，這一過程稱為同步輻射。相比之下，破紀(jì)錄的超高能光子是通過與高能電子的碰撞加速，這是科學(xué)家們稱為逆康普頓散射機(jī)制的一種變化。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了有關(guān)伽瑪暴的理論，并幫助天文學(xué)家理解這些奇異爆發(fā)的物理學(xué)。自從伽馬射線暴首次被發(fā)現(xiàn)50多年后，伽馬射線暴許多基本方面仍然是神秘的。GRB 190114C…伽馬射線發(fā)射的發(fā)現(xiàn)表明，伽馬射線暴比以前想象的更強(qiáng)大。

雖然天文學(xué)家長期以來一直在尋找這樣的超高能光子，但GRB190114C并不是一個罕見的事件，只是一個很難捕捉的事件。多虧了MAGIC等望遠(yuǎn)鏡和旨在探測超高能伽馬射線的高能立體系統(tǒng)(H.E.S.S.)，以及用于探測初始伽馬射線的自動化系統(tǒng)，科學(xué)家們希望在未來能捕捉到更多這樣的超高能光子。拉斯維加斯內(nèi)華達(dá)大學(xué)的天體物理學(xué)家張冰(Bing Zhang)表示：我們正在進(jìn)入發(fā)現(xiàn)超高能量光子的新時代，由于在高能體系中預(yù)計(jì)會有豐富的物理，這些觀察肯定會在未來幾年帶來令人興奮的發(fā)現(xiàn)。

博科園｜文：Mara Johnson-Groh/Live Science

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1750-x

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