我國科學家發現宇宙最高能量伽馬譜線

7月25日，《中國科學：物理學力學天文學》（英文版）期刊以封面文章形式發表了極目空間望遠鏡（GECAM-C）的最新成果。研究顯示，中國科學院高能物理研究所牽頭的科研團隊，利用極目空間望遠鏡和費米衛星的聯合觀測數據，在伽馬暴中發現了迄今觀測到的宇宙天體產生的能量最高、證據最確鑿的譜線，能量高達37兆電子伏。該發現成為伽馬暴觀測研究的里程碑，為破解伽馬暴及相對論性噴流產生之謎提供了全新的重要線索。

伽馬暴是上世紀60年代被發現的一種天文現象，也是宇宙大爆炸之后最劇烈的爆炸現象。天文學界普遍認為，該現象由大質量恒星的核心坍縮或兩顆極端致密天體并合而產生。近年來，隨著引力波被發現，伽馬暴已成為多波段多信使時域天文研究的焦點。為開展伽馬暴觀測研究，我國發射了一系列空間望遠鏡，如“慧眼”衛星、“懷柔一號”極目系列衛星、愛因斯坦探針衛星、中法天文衛星等。

2022年10月9日，全球眾多天文望遠鏡觀測到迄今最亮的伽馬暴，編號為GRB 221009A，我國“慧眼”衛星和極目空間望遠鏡對該伽馬暴的瞬時輻射進行了精確測量。

在新的研究過程中，研究團隊對該伽馬暴開展了詳細的能譜分析和譜線搜索，成功提取出精準可靠的伽馬暴能譜。經過嚴謹分析，他們發現，該伽馬暴的能譜中存在一條演化規律的發射線譜線，譜線的能量和光度均隨時間以冪律演化，這為譜線的真實性以及譜線起源于該伽馬暴提供了最堅實的證據。此外，研究團隊還發現，譜線的相對展寬較窄且基本不隨時間變化。更令人意外的是，在伽馬暴主暴階段譜線能量高達37兆電子伏。

“這是迄今探測到的宇宙天體產生的最高能量的譜線。這些發現對于研究伽馬暴及相對論性噴流的物理性質和產生機制具有重要而獨特價值，是伽馬暴和極端宇宙觀測研究的重大突破。”論文通訊作者、“懷柔一號”極目衛星首席科學家熊少林說。

據悉，“懷柔一號”極目衛星（GECAM）是中國科學院“空間科學”（二期）戰略性先導科技專項支持的我國首個機遇型空間科學項目，于2020年12月10日發射運行。參與本次發現的極目空間望遠鏡（GECAM-C）是極目系列衛星的第三個載荷，于2022年7月27日搭載中國科學院微小衛星創新研究院牽頭研制的空間新技術試驗衛星發射入軌。

極目系列衛星采用了一系列創新的探測技術，并開創性地使用北斗衛星導航系統的短報文服務實現星地準實時通訊，革新了空間望遠鏡的使用方式，目前已發現一大批伽馬暴、磁星爆發、快速射電暴的高能對應體、太陽耀斑以及地球伽馬閃等高能爆發現象。

《中國科學：物理學力學天文學》（英文版）封面。圖片展現了極目空間望遠鏡和費米衛星觀測迄今最亮伽馬暴，并聯合發現隨時間演化的伽馬射線譜線的情況。中國科學院高能物理研究所供圖

相關論文信息：

https://doi.org/10.1007/s11433-023-2381-0