透過“宇宙煙花” 理解宇宙演化 “拉索”發布迄今最亮伽馬暴高能輻射精確能譜

說起宇宙空間，人們腦海中浮現出的往往是一片黑暗，其中點綴著幾許星光。但事實上，宇宙要比我們想象得更加豐富多彩。

宇宙中充斥著大大小小各類星系。星系發出的光不會憑空消失，而是會一直在宇宙空間中穿行。這些光有的屬于我們肉眼能看到的可見光波段，有的屬于我們看不到的紅外波段等。它們的總和被稱為宇宙背景光。對宇宙背景光的研究能夠揭示宇宙起源的奧秘，是天文研究中的重要課題。

前不久，高海拔宇宙線觀測站“拉索” 發布迄今最亮伽馬暴——GRB 221009A的高能伽馬輻射的精確能譜，揭示出宇宙背景光在紅外波段強度低于預期，為檢驗愛因斯坦相對論的適用范圍、探索暗物質候選粒子——軸子等提供了重要信息。

宇宙背景光對高能伽馬光吸收強度低于預期

伽馬暴是宇宙中某一方向上伽馬射線瞬時增強的一種現象，也被形象地稱為“宇宙煙花”。其在短短幾秒內散發的能量，可能比太陽百億年壽命中釋放的能量總和還要多。

伽馬暴中的高能伽馬光子在飛行時會被宇宙中彌漫的背景光吸收，伽馬光子能量越高，被吸收的強度就越高。記者了解到，按照目前的宇宙演化模型，1萬億電子伏特伽馬光子飛行24億光年被宇宙背景光吸收的可能性約為80%，而10萬億電子伏特伽馬光子被吸收的可能性則超過99.5%。于是，科學家為了對宇宙背景光進行研究，反其道而行之，根據伽馬射線被吸收的程度來研究宇宙背景光的強度與性質，進而理解宇宙演化過程。

中國科學院院士、“拉索”首席科學家曹臻表示，此次測得的精準能譜顯示，宇宙背景光對高能伽馬光的吸收強度明顯低于目前宇宙演化模型的預期——在紅外波段，宇宙背景光的吸收強度僅為理論值的40%左右，而宇宙背景光與星系形成、演化等過程密切相關。“這一結果將促使人們重新考慮宇宙中星系的形成和演化過程。” 曹臻說。

有違理論預期的現象指向兩種可能

對于宇宙背景光對高能伽馬光子的吸收低于理論預期這一現象，研究人員給出了兩種可能的解釋。

“一種可能是存在某種超出當前粒子物理標準模型的新物理機制。比如，愛因斯坦狹義相對論的基礎——洛倫茲對稱性有非常微小的破壞。”中國科學院高能物理研究所研究員陳松戰說。

狹義相對論認為，同一時間發出的、不同能量的光子到達觀測者的時間應是一致的，即光速不變性。其中，洛倫茲對稱性是狹義相對論的基本假定。通俗來講，其是指一個非加速物理系統在作洛倫茲變換時，相關的基本物理規律不會改變。而一些大統一理論模型，例如量子引力理論認為，在非常高的能量下，光速會隨能量變化，即洛倫茲對稱性會發生破缺。要對光速不變性進行精確檢驗，需要獲得能量更高、時間延遲更短、距離更遠的高能光子。

另一種解釋則認為，可能是軸子在起作用。軸子是粒子物理標準模型之外的一種新粒子，也是當前被廣泛討論的暗物質候選粒子之一。

研究者提出，在強電磁環境下，軸子和光子會發生相互作用，二者可以相互轉化。基于這一理論假設，有研究者對高能伽馬光子弱吸收現象提出了一種可能的解釋。在伽馬射線爆發之后，高能光子通過強磁場被轉化為軸子狀粒子。軸子狀粒子被認為稍微重一些，然后，軸子狀粒子將不受阻礙地穿越浩瀚太空。當它到達我們所處的銀河系時，磁場可能會將其再轉換為光子，然后到達地球，被我們觀測到。

但無論是何種解釋，目前都仍然停留在理論假設階段，有待更多觀測數據的支持。作為國際上最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置，“拉索”具有大視場和全天候的特點，每天可以監視三分之二的天區范圍，可以對更多伽馬暴進行更為深入的研究，或在不久的將來揭曉這一謎題。

免責聲明：該文章系本站轉載，旨在為讀者提供更多信息資訊。所涉內容不構成投資、消費建議，僅供讀者參考。