“拉索”精确测量迄今最亮伽马暴高能辐射能谱

“拉索”精确测量迄今最亮伽马暴高能辐射能谱

“拉索”又有新发现！基于高海拔宇宙线观测站“拉索”的观测数据，我国科研人员精确测量了迄今最亮伽马暴GRB 221009A的高能辐射能谱。他们发现，高能伽马光子并没有像理论预言的那样，其辐射强度会快速减弱，而是一直维持在较高水平。这一发现挑战了传统的伽马暴余辉标准模型，也揭示了宇宙背景光在红外波段的强度低于预期，开启了新物理探索之门。相关研究成果16日在线发表于《科学进展》杂志。

伽马暴是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象，是指来自天空中某一方向的伽马射线突然增强的闪烁现象。2022年10月9日，“拉索”记录到史上最亮的伽马暴GRB 221009A产生的伽马光子，其最高能量达10万亿电子伏特以上。

此前的研究已经确认，伽马暴GRB 221009A产生于距离地球24亿光年的宇宙深处，其高能辐射起源于余辉辐射。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，使得光子演变为高能伽马辐射。

“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，但本次‘拉索’对其辐射能谱的精确测量却发现，伽马暴辐射并没有快速衰减，而是一直延伸到13万亿电子伏特。该能谱对伽马暴余辉标准模型提出了挑战。”中国科学院高能所研究员、“拉索”首席科学家曹臻说。

事实上，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就越强烈。按照目前的宇宙演化模型，1万亿电子伏特伽马光子飞行24亿光年被宇宙背景光吸收的概率约为80%，而10万亿电子伏特伽马光子被吸收的概率则超过99.5%。

“基于本次‘拉索’测量的精确能谱推算，宇宙背景光对高能伽马光的吸收低于预期，在红外波段，宇宙背景光的吸收强度仅为理论值的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。

对于宇宙背景光对高能伽马光子的吸收低于理论预期这一现象，研究人员给出了两种可能的解释。

“一种可能是存在某种超出当前粒子物理标准模型的新物理机制，比如，爱因斯坦狭义相对论的基础——洛伦兹对称性如果有非常微小的破坏，就能够解释‘拉索’观测到的高能伽马能谱；另一种可能是存在标准模型之外的一种新粒子轴子，如果轴子存在也可以解释‘拉索’观测到的高能伽马光子弱吸收现象。”中国科学院高能所研究员陈松战解释。