困擾人類半世紀的伽馬暴有望揭開神秘面紗

　　 日前，中國空間實驗室天宮二號上搭載的伽馬暴偏振探測儀（簡稱POLAR）實驗項目，完成了高精度伽馬暴射線暴瞬時輻射的偏振探測，實現了預定的科學目標。相關成果于1月14日在線發表于《自然·天文學》。

　　伽馬暴又稱伽馬射線暴，伽馬射線暴通常短暫而猛烈，持續時間只有幾毫秒到幾十秒，卻能夠釋放出相當于一千個太陽在100億年內釋放的總能量，而宇宙的年齡至今也不過只有大約140億年。伽馬暴爆發時的亮度比宇宙中其他所有天體的伽馬射線亮度總和還要大，是自宇宙大爆炸以來人類所能探測到的宇宙中最強烈的爆發現象。

　　早在半個世紀前，人類就第一次探測到了伽馬暴現象，然而，迄今對于其爆發本質的認識仍然沒有定論。

　　神秘的伽馬暴是怎么爆發的？面對這一宇宙中最神秘莫測的高能現象，科學家提出了多種理論模型。不同理論模型對于伽馬暴爆發期間產生的伽馬射線的偏振狀態的預測不同。

　　正因如此，對偏振狀態的測量，成為不同理論模型的“試金石”，也成為對伽馬暴的爆發機制進行研究，并且理解產生伽馬射線的極端相對論噴流——宇宙中速度最快的宏觀物體，速度極為接近真空中的光速——的結構以及其磁場構型的手段。

　　于是，人們開始通過衛星嘗試測量伽馬暴偏振。遺憾的是，這些測量大部分都因為探測儀器自身的系統誤差大而無法給出可靠的偏振測量結果，而少數系統誤差較小的實驗的靈敏度又比較差，也沒有給出具有統計意義的高精度伽馬暴偏振測量結果。

　　為了更精準地測量伽馬暴的偏振情況，過去十年里，中科院高能物理研究所與瑞士日內瓦大學、瑞士保羅謝爾研究所、波蘭國家核研究中心等單位合作研制完成了POLAR項目，2016年，這臺儀器搭載在天宮二號實驗室上投入使用。

　　伽馬暴偏振探測儀在軌搭載在天宮二號空間實驗室藝術效果圖（根據星上相機拍攝的實物照片藝術加工而成）

（中科院高能物理研究所供圖）

　　在軌運行期間，POLAR共計探測到55個伽馬暴，并對其中5個伽馬暴進行了高精度的偏振測量，是目前為止國際上最大的高精度伽馬暴偏振測量樣本。

　　此次觀測發現，伽馬暴在爆發期間的平均偏振度較低，約為10%，并且發現伽馬暴在單個脈沖內偏振角的演化現象，這表明，產生伽馬射線的極端相對論噴流內部的演化可能導致了偏振角的快速變化，使得觀測到的伽馬射線暴的平均偏振度較低。

　　中科院高能物理研究所研究員、POLAR項目首席科學家張雙南介紹，接下來，高能所POLAR項目組還將繼續開展POLAR的在軌數據分析工作，希望獲得更多的科學研究成果。同時，瑞士、德國以及波蘭等國家的科學家攜手中方科學家一起組成了擴大的POLAR合作團隊，共同申請在中國空間站開展后續科學實驗項目伽馬暴偏振探測儀二號（POLAR-2），科學能力將有大幅度提高，有望解決根據POLAR的科學發現所提出的新的科學問題，期待最終揭開伽馬暴瞬時輻射物理機制的神秘面紗。