中國天文學家在伽瑪射線暴甚高能輻射機制研究獲重要進展

中國科學院雲南天文台毛基榮研究員和王建成研究員使用顫抖輻射（jitter radiation）機制對伽瑪射線暴在TeV能段的甚高能輻射進行了詳細研究，證明顫抖輻射是產生伽瑪射線暴兆電子伏特（Tera electron Volt，簡寫 TeV）光子的重要物理機制。

兆電子伏特能段的高能光子和高能宇宙線進入地球大氣層後，在高層大氣中傳播時產生簇射級聯過程從而發出藍光輻射，這一輻射被稱為切倫科夫輻射（Cherenkov radiation）。探測切倫科夫輻射的地面望遠鏡稱為切倫科夫望遠鏡（Cherenkov telscope）。伽瑪射線暴是宇宙中最明亮的爆發天體，是重要的甚高能輻射源和宇宙線源。當前，僅有極少數伽瑪射線暴的甚高能輻射被探測到。包括伽瑪射線暴在內的高能天體在兆電子伏特能段產生的甚高能輻射是當前高能天體物理研究的熱點和前沿問題。

毛基榮等人採用顫抖輻射對伽瑪射線暴的甚高能輻射進行了詳細研究。顫抖輻射是相對論電子在小規模無序磁場產生的輻射。小規模無序磁場由湍流產生。湍流可以充分發展至動理學尺度，形成在小規模上的等離子體動理學湍流（kinetic turbulence）。相對論電子在等離子體動力學湍流的小規模上被加速，進而在無序磁場中產生輻射。這一輻射過程合理地解釋了當前伽瑪射線暴在兆電子伏特能段的甚高能觀測結果。這是毛基榮等人關於顫抖輻射機制系列研究的最新進展。

上述理論結果不僅可以解釋伽瑪射線暴的甚高能輻射，還可用於其它高能天體的甚高能輻射理論研究，並有助於探索小規模下粒子加速的相關物理過程，對甚高能天文學和高能宇宙線研究有重要意義。該理論研究成果對當前正在運行的大型切倫科夫望遠鏡觀測數據的科學分析具有重要作用，對我國今後研製大氣切倫科夫望遠鏡和相關儀器設備也具有重要的促進意義。

【圖、文：節錄自中國科學院雲南天文台2021年7月5日新聞公佈；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2021年6月11日出版的英國《皇家天文學會月報》