科学家发布来自24亿年前伽马暴高能光子能谱 但仍“迷雾重重”｜科技有狠活

封面新闻记者 张峥

大约24亿年前，发生在宇宙深处的一次巨大能量的伽马暴GRB 221009A，穿越宇宙空间到达地球。2022年10月9日，这些伽马暴产生的高能光子被部署在四川稻城的高海拔宇宙线观测站“拉索”捕捉到了。这个最高能量光子高达13TeV的伽马暴给研究人员带来兴奋的同时也带来了两团“迷雾”：与传统伽马暴标准模型计算出的数量不同，抵达地球的高能光子变多了；高能光子在“星际旅行”中穿越的红外背景光强度比科学家们计算的要“稀薄”许多。这是什么原因？

“拉索”打开新物理探索之门

来自“拉索”国际合作组的科研人员把观测到的这两个谜团发表在了美国东部时间11月15日的《科学进展》（Science Advances）杂志上，期待有更多科学家来解开这团“迷雾”，这可能会是一次新物理的发现。

史上最亮伽马暴

伽马暴是来自天空中某一方向的伽马射线突然增强的闪烁现象，是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象，最早在1967年被发现，2019年以来人类发现了3例伽马暴辐射光子的最高能量达到1 TeV（1 TeV=1万亿电子伏特）。2022年10月9日拉索记录到来自伽马暴GRB 221009A高达10 TeV以上的伽马光子，在60年的伽马暴研究历史上具有里程碑意义。GRB 221009A是史上最亮伽马暴，产生于一颗比太阳重20多倍的大质量恒星在燃料耗尽时的坍缩爆炸，此前拉索精细测量了其TeV辐射随时间变化的完整行为，确定了其辐射起源于余辉辐射，并揭示了记录到此伽马暴历史最亮的成因，相关成果于2023年6月在《科学》（Science）上发表。

11月15日在《科学进展》（Science Advances）杂志发表的则是，研究人员经过一年多研究，GRB 221009A的高能伽马辐射的精确能谱。

“迷雾”一：抵达地球的光子比预计多了

“拉索”是建设在四川稻城的接收宇宙信号的大科学装置。2022年10月9日，“拉索”偶然接收到了来自宇宙深处的一次巨大的伽马暴信号。这个信号通过高能光子传递到了地球。“在拉索以前，科学家已经观测到了来自宇宙上万次的伽马暴，在此基础上形成了一个关于伽马暴的标准模型。按照标准模型，辐射的光子能量越高，其辐射强度就衰减得越快，但是这次‘拉索’观测的结果却似乎与标准模型有出入——到达地球的高能光子数量比理论模型测算出来的要多。”拉索首席科学家曹臻说。

为什么到达地球的光子数量比理论数量多？拉索科学家们表示，目前暂时还没有确切的答案。南京大学王祥玉教授告诉封面新闻他的推测，是不是除了标准模型里面提到的电子辐射外，还存在有质子辐射，从而补充了应该减少的光子数量？

这是2022年10月9日拉索新发现留下的第一个“迷雾”。

迷雾二：宇宙中红外背景光子的浓度变“稀薄”了

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越强烈，这就是拉索能够探测到来自银河系内天体的PeV（1 PeV=1000TeV）伽马光子，却很难探测到来自遥远伽马暴10TeV光子的原因。反过来，根据伽马射线被吸收的程度，也可以研究宇宙背景光的强度与性质。

科学家用“迷雾”来比喻宇宙空间中的背景红外光。伽马暴发生后，高能光子穿越这团宇宙“迷雾”来到地球。按照目前的宇宙演化模型，1 TeV伽马光子飞行24亿光年被背景光吸收的概率约为80%，而10 TeV伽马光子被吸收的概率则超过99.5%。

而这次拉索的新发现却带来一个新的“迷雾”——“根据本次基于拉索测量的精确能谱，推算出宇宙背景光对高能伽马光的吸收却低于预期，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。” 王祥玉说出另外一个谜团。

为什么红外背景光的浓度并没有模型预估的那么浓？是因为以前的计算不准确？是科学家对宇宙“迷雾”—— 红外背景光的测量偏高了？如果这个假设不成立，那么是不是光子在传播的时候转换成了暗物质，从而避开了这个迷雾，当它到达银河系的时候，又转换成了光子？

“这个问题，可能会促使人们重新考虑宇宙中星系的形成和演化过程。”