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2023-11-16 17:09:28
“拉索”新发现:穿越 24 亿年,这群高能光子引出“原先不可能发生的事”
宇宙 " 迷雾 " 并不像之前想象的那么浓密?暗物质粒子轴子有了新发现?一批来自史上最亮伽马射线暴(简称 " 伽马暴 ")的超高能光子,以其出乎意料的行踪,挑战了物理学家苦心搭建的传统伽马暴余辉标准辐射模型,并让前沿物理学家脑洞大开,一扇扇新物理探索之门正隆隆开启。
今天凌晨,我国重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站 " 拉索 "(LHAASO)科研团队在《科学》杂志子刊《科学进展》上发布迄今最亮伽马暴 GRB221009A 的高能伽马辐射精确能谱,并通过数据分析发现了一些足以令全球天体物理学界震惊的新现象。
原先认为不可能的事情发生了
约 24 亿年前,一颗比太阳重 20 多倍的 " 超级太阳 " 在 " 死亡 " 瞬间坍缩,引发巨大的爆炸火球,释放出一朵持续几百秒的 " 宇宙大烟花 " ——伽马暴。火球与星际物质碰撞产生的大量万亿电子伏特(TeV)高能伽马光子穿过茫茫宇宙,径直飞向地球。
北京时间 2022 年 10 月 9 日 21 时 20 分 50 秒,这群光子抵达位于我国四川稻城海子山上的 " 拉索 " 的视场范围。在短短 670 秒的时间里," 拉索 " 收集到了 6 万多个伽马光子,并于今年 6 月在《科学》上发表了首批研究结果。
时隔数月,研究团队在绘制这场千年一遇的最亮伽马暴的精确能谱时,又有了不少出乎意料的发现。" 在宇宙中穿行了 24 亿年,这群抵达地球的高能光子,数量似乎有点多…… " 提到这点,中国科学院高能物理研究所研究员陈松战有点挠头。
要知道,大爆炸之后弥漫在整个宇宙中的背景辐射,就好像一团团迷雾,伽马暴辐射出的高能粒子一旦撞入,就会不断被吸收。按照传统伽马暴余辉标准辐射模型,伽马暴所产生的 10TeV 以上高能粒子,超过 99.5% 无法到达地球。因此,到达地球的这些粒子数量应该已不足出发时的百分之一。
但现在," 拉索 " 团队绘制出的精确能谱图却显示,伽马暴辐射一直延伸到 13TeV。" 拉索 " 首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻表示," 当原先认为不可能发生的事情出现,就意味着我们新的探索即将开启 "。
超出爱因斯坦理论,还是窥见轴子 " 振荡 "?
是什么让更多高能光子穿越 24 亿光年,到达了地球?
物理学家首先想到的是,宇宙背景辐射形成的 " 迷雾 " 或许没有想象中那么浓密。陈松战介绍,基于此次 " 拉索 " 测量的精确能谱,他们推算出,在红外波段宇宙背景辐射强度仅为现有宇宙学模型预期的 40% 左右。
洛伦兹对称性是爱因斯坦狭义相对论的基础。在高能情况下,洛伦兹对称性可能出现破缺。如果这种情况存在,光速就不是一个不变的常数,当高能光子穿越宇宙背景辐射时,就不太容易被吸收。" 如果这一解释成立,那么我们的发现就超出了爱因斯坦的理论。" 陈松战说。
如果这次发现预示着宇宙 " 迷雾 " 比之前想象的要稀薄得多,那么宇宙对于人类是否更加 " 透明 "?人类能否发现更多奥秘?曹臻的这一想法,遭到了一位意大利同行的质疑:" 难道我们几十年数星星都数错了?"
的确,过去百年间,天文学家对于各天区的恒星和星系数量、亮度等诸多性质已有了深入研究,为何没有在对河外星系的观测中发现这一问题?或许还有另一种可能——暗物质粒子轴子在表演 " 穿墙术 "。
根据 " 拉索 " 团队的设想,高能伽马粒子在被抛射向宇宙后,可能 " 变身 " 为不会被宇宙背景辐射吸收的轴子,在进入银河系受其磁场影响后,又变回了可见的高能粒子——通过 " 光子 - 轴子 - 光子 " 的这一 " 振荡变身 ",也可能使其在飞行中减少数量损耗,成为 " 拉索 " 接收到的超出 10TeV 能段的那部分粒子。
" 在这一假设中,宇宙‘迷雾’与之前的认识并无变化,但可能给了我们发现暗物质的提示。" 曹臻说,论文发表后,同行还会提出更多假设," 所有基于这一新发现的脑洞大开,都可能开启未来新物理的大门 "。
作者:许琦敏
文:许琦敏 图:受访者提供 责任编辑:任荃
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