宇宙中最強(qiáng)烈爆炸產(chǎn)生的能量甚至比之前已知的更高：使用專門的望遠(yuǎn)鏡，兩個國際研究小組記錄到了從伽馬射線爆發(fā)中測量到的最高能量伽馬射線，達(dá)到了可見光的1000億倍。

使用H.E.S.S.和MAGIC望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)家們在《自然》期刊上發(fā)表了其觀察結(jié)果，這是第一次用地基伽馬射線望遠(yuǎn)鏡探測到伽馬射線爆發(fā)。DESY在兩個天文臺中都扮演著重要的角色，這兩個天文臺都是在Max Planck Society的領(lǐng)導(dǎo)下運行。

伽馬射線暴(GRB)是在宇宙中的某個地方每天都在發(fā)生的突然、短暫的伽馬輻射爆發(fā)。根據(jù)目前所知，它們起源于碰撞中子星或巨型恒星塌縮成黑洞的超新星爆炸。伽瑪射線爆發(fā)是宇宙中已知的最強(qiáng)大爆炸，僅在幾秒鐘內(nèi)就釋放出比太陽整個生命周期中釋放的能量還多，可以照亮幾乎整個可見的宇宙。天文學(xué)家一直在用衛(wèi)星研究伽馬射線爆發(fā)，因為地球的大氣層非常有效地吸收伽馬射線。天文學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出專門的望遠(yuǎn)鏡，可以觀察到宇宙伽馬射線在大氣中誘導(dǎo)稱為切倫科夫光的微弱藍(lán)色輝光。

但這些儀器只對能量非常高的伽馬射線敏感，不幸的是，伽馬射線爆發(fā)的亮度隨著能量增加而急劇下降。切倫科夫望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多非常高能量的宇宙伽馬射線源，但沒有伽馬射線爆發(fā)。另一方面，人造衛(wèi)星的探測器太小，不能在非常高能量下對伽馬射線暴的低亮度敏感。所以，它實際上是未知的，如果怪物般的爆炸發(fā)射伽馬射線也是在非常高的能量區(qū)域。科學(xué)家們多年來一直試圖用切倫科夫望遠(yuǎn)鏡捕捉伽馬射線爆發(fā)?，F(xiàn)在兩個國際天文學(xué)家團(tuán)隊，都包括DESY科學(xué)家，第一次從地面上探測到了來自兩個伽瑪暴事件的伽馬射線。

利用納米比亞高能立體系統(tǒng)H.E.S.S.的28米望遠(yuǎn)鏡觀測到伽馬射線GRB 180720B的微弱余輝發(fā)射。位于拉帕爾馬的主要大氣伽馬成像切倫科夫(Magic)望遠(yuǎn)鏡探測到GRB190114C的明亮早期發(fā)射。這兩個觀測都是由美國航天局NASA的伽馬射線衛(wèi)星觸發(fā)，這些衛(wèi)星監(jiān)測天空中的伽馬射線爆發(fā)，并在探測到伽馬射線時自動向其他伽馬射線觀測站發(fā)送警報。在最初的20分鐘觀察中，檢測到了來自GRB 190114C的數(shù)千個光子，能量在200到1000億電子伏特(0.2到1太電子伏特)之間的伽馬射線。

這是迄今為止從伽馬射線爆發(fā)中發(fā)現(xiàn)能量最高的光子，而可見光大約在1到3電子伏特范圍內(nèi)。這一快速發(fā)現(xiàn)使整個觀察界迅速警覺起來，結(jié)果，二十多個不同的望遠(yuǎn)鏡對目標(biāo)進(jìn)行了更深入的觀察。這使得可以精確定位最高能量發(fā)射物理機(jī)制的細(xì)節(jié)。GRB180720B，距離60億光年甚至更遠(yuǎn)，在初始爆炸后很久，仍然可以在能量在100億到4400億電子伏特之間的伽馬射線中探測到。這個發(fā)現(xiàn)來得相當(dāng)出乎意料，因為伽馬射線爆發(fā)正在迅速衰減。

留下的余輝可以在從無線電到X射線的許多波長上看到數(shù)小時到數(shù)天，但以前從未在超高能量伽馬射線中被檢測到。這一成功也歸功于一種改進(jìn)的后續(xù)戰(zhàn)略，在這種戰(zhàn)略中，還專注于在實際恒星塌陷之后進(jìn)行觀察。在非常高能量下的伽馬射線爆發(fā)探測為巨型爆炸提供了重要的新見解。已經(jīng)確定伽瑪暴產(chǎn)生的光子能量比可見光高數(shù)千億倍。測量表明，超高能量伽馬射線釋放的能量與所有較低能量的總輻射量相當(dāng)。要解釋觀察到的超高能伽馬射線如何產(chǎn)生，是具有挑戰(zhàn)性的。

兩個小組都假設(shè)一個兩個階段的過程：首先，爆炸云中的快速帶電粒子在強(qiáng)磁場中偏轉(zhuǎn)并發(fā)射所謂的同步輻射，這種輻射的性質(zhì)與地球上同步加速器或其他粒子加速器產(chǎn)生的輻射性質(zhì)相同，例如在DESY。然而，只有在相當(dāng)極端的條件下，爆炸產(chǎn)生的同步光子才能達(dá)到觀察到的非常高能。相反，科學(xué)家們考慮第二步，在那里同步輻射光子與產(chǎn)生它們的快速粒子碰撞，這將它們提升到非常高的伽馬射線能量，科學(xué)家稱后一步為逆康普頓散射。

博科園｜研究/來自：Deutsches Elektronen-Synchrotron

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1743-9

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