雷竞技-极目卫星团队在最亮伽马暴研究中取得系列重要进展—新闻—科学网

中国科学院高能物理研究所“怀柔一号”纵目卫星（GECAM）团队与北京年夜学黎卓传授团队合作，操纵GECAM-C和其他装备的不雅测数据并连系理论研究，对史上最亮伽马暴（GRB 221009A）研究获得一系列主要进展，揭露了伽马爆发出的相对论性喷流发生瞬时辐射、余晖辐射、特殊是伽马谱线的物理机制，用全新的方式丈量了喷流速度和张角，和伽马谱线辐射区标准，发现喷流以磁能主导。近日，相干功效的两篇论文在国际主流期刊《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）正式颁发。

伽马暴是宇宙中最猛烈的爆炸事务，遍及认为有两种发生机制：一颗很年夜质量的恒星在寿命末期产生坍缩爆炸，或两颗黑洞或中子星等致密星产生并合爆炸。不管哪一种爆炸进程，都在中间构成一颗黑洞或快速动弹的中子星等极端天体，其驱动一对标的目的相反、接近光速活动的喷流（称为相对论性喷流），在喷流内部和喷流与四周介质彼此感化发生瞬时辐射和余晖辐射。但是，伽马暴喷流的速度、物资组分和几何布局等根基物理性质，和能量耗散机制和辐射区位置等主要问题持久没有定论。

GRB 221009A 是迄今不雅测到的最亮的伽马暴，慧眼卫星（Insight-HXMT）和GECAM-C在keV至MeV能段切确丈量了其瞬时辐射和初期余晖，高海拔宇宙线不雅测站（LHAASO）在TeV能区对余晖辐射展开了高统计量的切确丈量。另外，纵目卫星团队操纵GECAM-C和Fermi/GBM结合不雅测数据发现一系列幂律演变的伽马射线谱线，并且谱线能量高达37 MeV，刷新了迄今探测到的宇宙天体发生的伽马谱线最高记载。这些主要不雅测为深切揭露伽马暴和喷流物理性质供给了史无前例的机缘。

图1：慧眼卫星（Insight-HXMT）和纵目空间千里镜（GECAM-C）不雅测迄今最亮伽马暴示意图

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在本次系列功效的第一项工作中，研究团队阐发了GRB 221009A宽能段辐射的关系，发现GECAM-C丈量的keV-MeV能段瞬时辐射与LHAASO丈量的TeV能段余晖辐射存在慎密联系关系，瞬时辐射积累光变曲线可以极好地拟合余晖辐射上升段光变雷竞技曲线，且TeV余晖辐射相对瞬时辐射存在约4.5秒时候延迟，这是伽马暴喷流向外激波区域持续注入能量的直接证据。基在这一发现，研究团队成立了理论模子，操纵余晖相对瞬时辐射时候延迟丈量了喷流速度。另外，研究团队发现余晖辐射中存在瞬时辐射光子在外激波区域发生逆康普顿散射成份，破解了余晖辐射在初始阶段快速上升之谜。该项功效的研究论文在9月6日正式颁发，中国科学院高能物理研究所博士研究生张艳秋是论文第一作者，中国科学院高能物理研究所熊少林研究员、北京年夜学科维理天文与天体物理研究所林浩翔博士和黎卓传授、中国科学院高能物理研究所葛明玉研究员是论文配合通信作者。

图2: 研究团队发现GECAM-C丈量的瞬时辐射（橙色）与LHAASO丈量的余晖辐射（蓝色）存在慎密联系关系[1]

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在第二项工作中，研究团队聚焦GRB 221009A 伽马射线谱线这一重年夜发现，揭露了谱线发生机制和喷流物理性质。在前期工作中，GECAM团队发现伽马谱线的中间能量随时候以幂律演变，且幂律指数刚好为-1，且谱线的相对展宽连结在10%摆布。在本项工作中，合作团队发现喷流的高纬度曲率效应可以很好地注释谱线中间能量的幂律演变，并且系统性研究了喷流中正负电子对的发生、冷却和湮灭等进程，从而直接丈量或限制喷流的主要参数，包罗辐射区距离伽马暴中间天体约 10^16 厘米。由此，阐述了伽马谱线可以天然注释为高纬度曲率效应下的正负电子湮灭线。同时连系瞬时辐射和余晖等特点，根基解除了原子谱线或核素线等可能。另外，较小的谱线展宽要求电子对敏捷冷却，连系第一项工尴尬刁难喷流速度的丈量，注解喷流的磁场能量密度远高在伽马射线能量密度，即喷流由磁能主导。该项功效的研究论文在9月16日正式颁发，中国科学院高能物理研究所张镇博士是论文第一作者和配合通信作者，北京年夜学科维理天文与天体物理研究所黎卓传授和林浩翔博士、中国科学院高能物理研究所熊少林研究员是论文配合通信作者。

图3:研究团队成立理论模子注释伽马谱线不雅测成果，对喷流速度（洛伦兹因子Γ）和辐射区标准（半径r）进行严酷限制[2]

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上述研究工作取得了国度重点研发打算、国度天然科学基金、中国科学院计谋性先导科技专项等项目撑持。

研究论文：

[1] Yan-Qiu Zhang?et al?2024?ApJL?972?L25, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad6df8

[2] Zhen Zhang?et al?2024?ApJL?973?L17, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad758e

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