近期，中國科學(xué)院紫金山天文臺科研人員在伽馬暴兆電子伏特（MeV）譜線研究方面取得進(jìn)展。該研究利用費(fèi)米衛(wèi)星伽馬射線暴監(jiān)測器（Fermi-GBM）觀測數(shù)據(jù)，在伽馬暴GRB 221023A的能譜中發(fā)現(xiàn)了一條2.1 MeV的發(fā)射線，這是在伽馬暴能譜中發(fā)現(xiàn)的第二例MeV發(fā)射線事件。
伽馬暴是宇宙中最劇烈的伽馬射線爆發(fā)現(xiàn)象。盡管迄今為止已取得較多進(jìn)展，但伽馬暴的起源和輻射機(jī)制仍存在較多未解之謎。例如，伽馬暴的前身星是什么？產(chǎn)生伽馬射線的輻射過程是什么？伽馬暴譜線探測對研究其物理機(jī)制非常重要，能夠?yàn)榻沂举ゑR暴的中心引擎、噴流結(jié)構(gòu)和輻射過程等提供線索。而在伽馬暴能譜中，探測X射線或伽馬射線譜線的進(jìn)展相對緩慢，僅在GRB 221009A中發(fā)現(xiàn)了一條顯著性超過5σ、能量約10 MeV的窄發(fā)射線。這是伽馬暴研究史上首次在MeV能段發(fā)現(xiàn)譜線存在的證據(jù)，但該MeV發(fā)射線的物理起源尚不清楚。
該研究在GRB 221023A瞬時(shí)輻射能譜中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)比較顯著的發(fā)射線特征，其能量范圍位于2.1 MeV附近。這一特征最高統(tǒng)計(jì)顯著性出現(xiàn)在Fermi-GBM觸發(fā)后8秒到30秒的時(shí)間間隔中，對應(yīng)的偶然概率值<1×10-7。這是繼GRB 221009A之后在伽馬暴MeV能量范圍內(nèi)觀測到的第二個(gè)發(fā)射線事件。但是，與GRB 221009A不同的是，GRB 221023A中發(fā)射線的中心能量幾乎不隨時(shí)間演化，而寬度隨著時(shí)間增加有減小的趨勢，這為研究伽馬暴譜線形成機(jī)制提供了新的觀測依據(jù)。MeV發(fā)射線可能是通過伽馬暴噴流中攜帶的相對論性高原子序數(shù)類氫離子中的激發(fā)態(tài)電子的退激過程產(chǎn)生的。假設(shè)伽馬暴噴流的半張角θj=0.1rad，紅移z=0.1，可推導(dǎo)出伽馬暴噴流的洛倫茲因子約為280，噴流中攜帶的重核總質(zhì)量約為1.2×1026g，重核的動(dòng)能約為3×1049erg。
這一發(fā)現(xiàn)為研究伽馬暴的噴流物質(zhì)成分和物理環(huán)境提供了新線索。同時(shí)，研究表明，伽馬暴噴流中可能含有大量的相對論重子物質(zhì)，是宇宙中高能宇宙線的來源之一。
相關(guān)研究成果被遴選為亮點(diǎn)論文，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院及江蘇省等的支持。
論文鏈接
GRB 221023A在Fermi-GBM觸發(fā)后8秒到30秒時(shí)間間隔內(nèi)，采用Band+Gaussian函數(shù)擬合得到的νFν能譜圖
本文鏈接：研究在伽馬暴能譜中發(fā)現(xiàn)兆電子伏特發(fā)射線觀測證據(jù)http://www.sq15.cn/show-12-994-0.html
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