困擾人類半世紀的伽馬射線暴有望揭開神秘面紗

伽馬射線暴通常短暫而猛烈，持續時間只有幾毫秒到幾十秒，卻能夠釋放出相當於一千個太陽在一百億年內釋放的總能量，而宇宙的年齡至今也不過只有大約一百四十億年。伽馬射線暴爆發時的亮度比宇宙中其他所有天體的伽馬射線亮度總和還要大，是自宇宙大爆炸以來人類所能探測到的宇宙中最強烈的爆發現象。

早在半個世紀前，人類就第一次探測到了伽馬射線暴現象，然而，迄今對於其爆發本質的認識仍然沒有定論。神秘的伽馬射線暴是怎麼爆發的？面對這一宇宙中最神秘莫測的高能現象，科學家提出了多種理論模型。不同理論模型對於伽馬射線暴爆發期間產生的伽馬射線的偏振狀態的預測不同。

正因如此，對偏振狀態的測量，成為不同理論模型的試金石，也成為對伽馬射線暴的爆發機制進行研究，並且理解產生伽馬射線的極端相對論噴流：宇宙中速度最快的宏觀物體，速度極為接近真空中的光速的結構以及其磁場構型的手段。

於是，人們開始通過衛星嘗試測量伽馬射線暴偏振。遺憾的是，這些測量大部分都因為探測儀器自身的系統誤差大而無法給出可靠的偏振測量結果，而少數係統誤差較小的實驗的靈敏度又比較差，也沒有給出具有統計意義的高精度伽馬射線暴偏振測量結果。

為了更精準地測量伽馬射線暴的偏振情況，過去十年裡，中國科學院高能物理研究所與瑞士日內瓦大學、瑞士保羅謝爾研究所、波蘭國家核研究中心等單位合作研製完成了POLAR項目，2016年，這台儀器搭載在天宮二號實驗室上投入使用。

在軌運行期間，POLAR共計探測到五十五個伽馬射線暴，並對其中五個伽馬射線暴進行了高精度的偏振測量，是目前為止國際上最大的高精度伽馬暴偏振測量樣本。

此次觀測發現，伽馬射線暴在爆發期間的平均偏振度較低，約為10%，並且發現伽馬射線暴在單個脈衝內偏振角的演化現象，顯示產生伽馬射線的極端相對論噴流內部的演化可能導致了偏振角的快速變化，使到觀測到的伽馬射線暴的平均偏振度較低。

【圖：中國科學院高能物理研究所；文：節錄自科學網頁；新聞訊息由林景明提供】