“拉索”精确测量迄今最亮伽马暴高能辐射能谱

日前，国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站”（拉索）正式发布了迄今最亮伽马射线暴（以下简称“伽马暴”）的高能辐射能谱，该结果挑战了传统的伽马暴余辉的标准辐射模型，揭示出宇宙背景光在红外波段强度低于预期。同时，该能谱为检验爱因斯坦相对论的适用范围、探索暗物质候选粒子——轴子等新物理研究提供了重要信息。

相关成果发表在《科学进展》上，由中国科学院高能物理研究所牵头的“拉索”国际合作组完成。

伽马暴是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象。2022年10月9日，“拉索”记录到来自伽马暴GRB 221009A高达10万亿电子伏特以上的伽马暴辐射光子。作为迄今最亮伽马暴，GRB 221009A产生于一颗比太阳重20多倍的大质量恒星。该大质量恒星在燃料耗尽时坍缩爆炸，释放出强烈辐射。

在伽马暴标准模型中，以接近光速飞行的爆炸物与周围环境气体物质碰撞，产生的高速激波使电子有非常高的能量。这些电子进一步撞击周围的光子，形成高能伽马辐射，即余辉辐射。理论上，光子能量越高，辐射强度衰减得越快。

“然而，本次‘拉索’对辐射能谱的精确测量却发现，尽管光子能量达到10万亿电子伏特以上，但伽马暴辐射强度不仅没有衰减，反而一直延伸到13万亿电子伏特。”“拉索”国际合作组物理协调人、中国科学院高能物理研究所研究员陈松战说，“该能谱对伽马暴余辉标准模型提出了挑战。”

宇宙背景光是宇宙中不同距离处所有星系辐射产物的总和，与宇宙演化密切相关。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。

然而，科研人员基于“拉索”测量的精确能谱推算发现，宇宙背景光对高能伽马光子的吸收低于预期，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。”陈松战说。

也有一种可能是标准的宇宙演化模型依然正确。“拉索”项目首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻说：“宇宙背景光对高能伽马光子的吸收低于理论预期，可能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。”

在曹臻看来，此次“拉索”发布了最亮伽马暴的精确伽马光子能谱，开启了新物理探索之门。“辐射能谱展现了一些新现象，将激发全球科学家共同思考。”曹臻说。