光明日報北京11月16日電2022年10月9日，國家重大科技基礎設施「高海拔宇宙線觀測站'拉索'（LHAASO）」發現了史上最亮伽馬暴GRB 221009A。一年之後，由中國科學院高能量物理研究所牽頭的「拉索」國際合作組精確測量了它的高能量輻射能譜，開啟了新物理探索之門。
此能譜相關數據挑戰了傳統的伽瑪暴餘輝標準輻射模型，揭示宇宙背景光在紅外線波段強度低於預期。為檢驗愛因斯坦相對論適用範圍、探索暗物質候選粒子等新物理研究提供重要資訊。這項成果於北京時間2023年11月16日發表在學術期刊《科學進展》。
「捕捉到GRB 221009A充分展現了『拉索』的能力。這一年來，我們分析了其成因，發現了一些與現有伽馬暴理論的相悖之處。」《拉索》首席科學家、中國科學院高能量物理研究所研究員曹臻介紹，在伽馬暴標準模型中，餘輝輻射起源於以接近光速飛行的爆炸物與周圍環境氣體物質的碰撞，碰撞產生的高速激波會把電子加速到非常高的能量，這些電子進一步撞擊周圍的光子成為高能量伽馬輻射。理論上這種輻射的光子能量越高，其輻射強度就衰減得越快，理論上很難被「拉索」偵測到。但「拉索」對GRB 221009A輻射能譜的精確測量卻發現伽瑪暴輻射一直延伸到13TeV。這個結果意味著伽瑪暴餘輝的10TeV左右光子可能產生於更複雜的粒子加速過程，或是有新的輻射機制，對伽瑪暴餘輝標準模型提出了挑戰。
曹臻解釋，目前的標準宇宙演化模型認為，高能量伽瑪光子在飛行時會被宇宙中瀰漫的背景光吸收，伽瑪光子能量越高被吸收得越強烈；反之，科學家們也是根據伽馬射線被吸收的程度，來判斷宇宙背景光的強度與性質。而宇宙背景光是宇宙中不同距離處所有的星系輻射產物的總和，與宇宙演化密切相關。 「但本次基於'拉索'測量的精確能譜，我們推算出宇宙背景光對高能伽馬光的吸收低於預期，紅外線波段宇宙背景光強度僅為現有宇宙學模型預期的40%左右。這一結果將促使人們重新考慮宇宙中星系的形成和演化過程。」曹臻說。
「當然，也可能標準的宇宙演化模型是正確的，那麼，就意味著存在某種超出當前粒子物理標準模型的新物理機制。」曹臻介紹，這將為檢驗愛因斯坦相對論適用範圍、探索暗物質候選粒子等前沿研究提供重要資訊。
「『拉索』是國際上最靈敏的超高能量伽馬射線探測裝置，具有大視野和全天候的特點，每天可以監視2/3的天區範圍。」曹臻說，「本次成果預期將會引發更多相關新物理的研究。 " （記者齊芳）
資料來源： 光明網-《光明日報》
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