國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）”（簡稱“拉索”）正式發(fā)布了迄今最亮的伽馬射線暴（簡稱“伽馬暴”，編號GRB 221009A）的高能伽馬輻射的精確能譜，該結(jié)果挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的伽馬暴余輝的標(biāo)準(zhǔn)輻射模型，揭示出宇宙背景光在紅外波段強(qiáng)度低于預(yù)期。相關(guān)結(jié)果于美國東部時間11月15日在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上發(fā)表，由中國科學(xué)院高能物理研究所牽頭的拉索國際合作組完成。

　　伽馬暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆炸現(xiàn)象，是指來自天空中某一方向的伽馬射線突然增強(qiáng)的閃爍現(xiàn)象。2022年10月9日，“拉索”記錄到史上最亮的伽馬暴GRB 221009A產(chǎn)生的伽馬光子，其最高能量達(dá)10 TeV（萬億電子伏特）以上。

　　在伽馬暴標(biāo)準(zhǔn)模型中，余輝輻射起源于以接近光速飛行的爆炸物與周圍環(huán)境氣體物質(zhì)的碰撞，碰撞產(chǎn)生的高速激波會把電子加速到非常高的能量，這些電子進(jìn)一步撞擊周圍的光子，使得光子演變?yōu)楦吣苜ゑR輻射。

　　理論上這種輻射的光子能量越高，其輻射強(qiáng)度就衰減得越快，但本次拉索對其輻射能譜的精確測量卻發(fā)現(xiàn)伽馬暴輻射一直延伸到13 TeV。該能譜對伽馬暴余輝標(biāo)準(zhǔn)模型提出了挑戰(zhàn)，預(yù)示著伽馬暴余輝的10TeV左右光子可能產(chǎn)生于更復(fù)雜的粒子加速過程或者存在新的輻射機(jī)制。

　　同時，GRB 221009A精確能譜為檢驗愛因斯坦相對論的適用范圍、探索暗物質(zhì)候選粒子——軸子等新物理研究方面提供了重要信息。

　　高能伽馬光子在飛行時會被宇宙中彌漫的背景光吸收，伽馬光子能量越高被吸收得就越強(qiáng)烈。按照目前的宇宙演化模型，1 TeV伽馬光子飛行24億光年被宇宙背景光吸收的概率約為80％，而10 TeV伽馬光子被吸收的概率則超過99.5％。

　　基于本次“拉索”測量的精確能譜推算，宇宙背景光對高能伽馬光的吸收低于預(yù)期，在紅外波段，宇宙背景光的吸收強(qiáng)度僅為理論值的40％左右。這一結(jié)果將促使人們重新考慮宇宙中星系的形成和演化過程。

　　對于宇宙背景光對高能伽馬光子的吸收低于理論預(yù)期這一現(xiàn)象，研究人員給出了兩種可能的解釋。

　　一種可能是存在某種超出當(dāng)前粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理機(jī)制，比如，作為愛因斯坦狹義相對論基礎(chǔ)的“洛倫茲對稱性”如果有非常微小的破壞，就能夠解釋“拉索”觀測到的高能伽馬能譜；另一種可能是存在標(biāo)準(zhǔn)模型之外的一種新粒子軸子，如果軸子存在也可以解釋拉索觀測到的高能伽馬光子弱吸收現(xiàn)象。