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天宫二号完成高精度伽马射线暴偏振探测,困扰

发布时间:2019-07-31 21:49编辑:美高梅4858官方网站浏览(200)

    困扰人类半世纪的伽马暴有望揭开神秘面纱

    日前,中国载人航天工程天宫二号空间实验室搭载的伽马暴偏振探测仪(简称“天极”望远镜)完成了伽马射线暴瞬时辐射的高精度偏振探测,实现了预定的科学目标,相关成果于1月14日在线发表在国际学术期刊《自然-天文学》(Nature Astronomy)上。

    日前,中国空间实验室天宫二号上搭载的伽马暴偏振探测仪实验项目,完成了高精度伽马暴射线暴瞬时辐射的偏振探测,实现了预定的科学目标。相关成果于1月14日在线发表于《自然·天文学》。

    中国载人航天工程一向高度重视空间应用能力建设。2016年9月15日,天宫二号空间实验室成功发射,空间应用系统共计开展了14项空间科学与应用任务,体现国际科学前沿和高技术发展方向,其中包括来自中国科学院高能物理研究所、瑞士日内瓦大学、瑞士保罗谢尔研究所以及波兰国家核研究中心等的中欧科学家联合研制的世界上首台大面积、大视场、高精度的伽马暴偏振探测仪(英文简称POLAR)。

    伽马暴又称伽马射线暴,伽马射线暴通常短暂而猛烈,持续时间只有几毫秒到几十秒,却能够释放出相当于一千个太阳在100亿年内释放的总能量,而宇宙的年龄至今也不过只有大约140亿年。伽马暴爆发时的亮度比宇宙中其他所有天体的伽马射线亮度总和还要大,是自宇宙大爆炸以来人类所能探测到的宇宙中最强烈的爆发现象。

    在轨运行期间,伽马暴偏振探测仪性能良好,标定准确,完成了全部在轨观测任务,共计探测到55个伽马暴,对其中5个伽马暴进行了高精度的偏振测量,这是目前为止国际上最大的高精度伽马暴偏振测量样本,发现伽马暴爆发期间的平均偏振度较低,约为10%,并且发现伽马暴在单个脉冲内偏振角的演化现象。这些新的观测结果表明,产生伽马射线的极端相对论喷流内部的演化可能导致了偏振角的快速变化,使得观测到的伽马射线暴的平均偏振度较低。

    早在半个世纪前,人类就第一次探测到了伽马暴现象,然而,迄今对于其爆发本质的认识仍然没有定论。

    伽马暴偏振探测仪是我国载人航天工程典型的国际合作项目,其成功运行为下一代空间高能天文观测仪器的发展和进一步深化空间科学的国际合作奠定了坚实的技术基础并且积累了宝贵的经验。本次发表的科学成果是自上世纪60年代伽马暴发现以来所取得的最佳偏振观测结果,有利于更好地理解黑洞的形成和极端相对论喷流的产生等基本天体物理过程,将对宇宙中极端物理环境和条件下的基础科学问题的研究发挥重要作用。

    神秘的伽马暴是怎么爆发的?面对这一宇宙中最神秘莫测的高能现象,科学家提出了多种理论模型。不同理论模型对于伽马暴爆发期间产生的伽马射线的偏振状态的预测不同。

    国际同行高度评价了天宫二号伽马暴偏振探测仪的观测成果,该论文的两位审稿专家指出,“该成果在伽马暴偏振探测上向前迈出了重要一步”,“与以往其它仪器相比该仪器有效探测面积更大,获得的数据质量更高”,“仪器标定准确”,“数据分析方法描述清楚,数据可靠”。

    正因如此,对偏振状态的测量,成为不同理论模型的“试金石”,也成为对伽马暴的爆发机制进行研究,并且理解产生伽马射线的极端相对论喷流——宇宙中速度最快的宏观物体,速度极为接近真空中的光速——的结构以及其磁场构型的手段。

    伽马射线暴偏振科学发现也提出了新的重要科学问题。因此,瑞士、德国和波兰等国家的科学家已经组成了扩大的伽马暴偏振探测仪后续国际合作团队,瑞典和日本等国的科学家也表示了参加合作的意愿和贡献的方式。扩大的国际合作团队目前已正式提交了中国空间站后续实验“伽马暴偏振探测仪二号”(简称POLAR-2)建议书,科学能力将有大幅度提高,有望为最终解决黑洞的形成和极端相对论喷流产生的重大科学问题做出关键贡献。

    于是,人们开始通过卫星尝试测量伽马暴偏振。遗憾的是,这些测量大部分都因为探测仪器自身的系统误差大而无法给出可靠的偏振测量结果,而少数系统误差较小的实验的灵敏度又比较差,也没有给出具有统计意义的高精度伽马暴偏振测量结果。

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    为了更精准地测量伽马暴的偏振情况,过去十年里,中科院高能物理研究所与瑞士日内瓦大学、瑞士保罗谢尔研究所、波兰国家核研究中心等单位合作研制完成了POLAR项目,2016年,这台仪器搭载在天宫二号实验室上投入使用。

    天宫二号完成高精度伽马射线暴偏振探测

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