“拉索”精确测量迄今最亮伽马射线暴高能辐射能谱

  本报北京11月16日电（记者齐芳）2022年10月9日，国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站‘拉索’（LHAASO）”发现了史上最亮伽马暴GRB 221009A。一年之后，由中国科学院高能物理研究所牵头的“拉索”国际合作组精确测量了它的高能辐射能谱，开启了新物理探索之门。

  该能谱相关数据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。为检验爱因斯坦相对论适用范围、探索暗物质候选粒子等新物理研究方面提供重要信息。这一成果于北京时间2023年11月16日发表在学术期刊《科学进展》上。

  “捕捉到GRB 221009A充分显示了‘拉索’的能力。这一年来，我们分析了其成因，发现了一些与现有伽马暴理论的相悖之处。”“拉索”首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻介绍，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，理论上很难被“拉索”探测到。但“拉索”对GRB 221009A辐射能谱的精确测量却发现伽马暴辐射一直延伸到13TeV。这个结果意味着伽马暴余辉的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，对伽马暴余辉标准模型提出了挑战。

  曹臻解释，目前的标准宇宙演化模型认为，高能伽马光子在飞行时会被宇宙中弥漫的背景光吸收，伽马光子能量越高被吸收得越强烈；反之，科学家们也是根据伽马射线被吸收的程度，来判断宇宙背景光的强度与性质。而宇宙背景光是宇宙中不同距离处所有的星系辐射产物的总和，与宇宙演化密切相关。“但本次基于‘拉索’测量的精确能谱，我们推算出宇宙背景光对高能伽马光的吸收低于预期，红外波段宇宙背景光强度仅为现有宇宙学模型预期的40%左右。这一结果将促使人们重新考虑宇宙中星系的形成和演化过程。”曹臻说。

  “当然，也可能标准的宇宙演化模型是正确的，那么，就意味着存在某种超出当前粒子物理标准模型的新物理机制。”曹臻介绍，这将为检验爱因斯坦相对论适用范围、探索暗物质候选粒子等前沿研究提供重要信息。

  “‘拉索’是国际上最灵敏的超高能伽马射线探测装置，具有大视场和全天候的特点，每天可以监视2/3的天区范围。”曹臻说，“本次成果预期将会引发更多相关新物理的研究。”