逆康普顿散射创造“历史上最强的光”

在宇宙深处，一颗恒星即将死亡。它发出的惊人能量以光速传播，跨越50亿光年，突然造访地球……”今年1月，人类观测到历史上最强的伽马射线风暴，释放出0.2-1万亿电子伏特之间的光子能量，其总辐射能量甚至超过了过去100亿年太阳释放的能量总和，使其成为“历史上最强的光”。

最近，《自然》杂志发表了3篇论文，详细介绍了这些高能光子是如何形成的。为此，《科学技术日报》记者采访了南京大学天文与空间科学学院长江学者戴子高教授。

强辐射的起源仍然是个谜

伽马射线是电磁辐射，它主要来自原子核的衰变。伽马光子的能量是普通可见光光子的一百万倍。伽玛射线暴，简称伽玛暴，是宇宙中伽玛射线的强度在短时间内突然增加，然后迅速降低的现象。

伽马射线爆发持续时间不长，通常只有几毫秒到几千秒，分为持续时间不到2秒的短爆发和持续时间超过2秒的长爆发。

伽马射线爆发如此强大，一旦爆发，靠近它们的区域将会“完全清空”，没有生命能够逃脱它们的攻击。

那么，强大的伽马射线爆发是如何产生的？不幸的是，伽马射线爆发仍然是宇宙中最大的谜团之一。尽管早在1967年就被发现，但几十年来它的性质仍不清楚。

人们普遍认为，当超大质量恒星耗尽核燃料时，就会发生长时间的风暴。当一颗恒星的核心塌陷成黑洞或中子星时，一股喷泉状的物质射流以接近光速的速度冲出，产生伽马射线爆发，并可能产生超新星爆炸。研究人员认为，短时间爆发是由两颗中子星碰撞造成的。当两颗中子星碰撞时，它们也会产生黑洞或中子星。像长风暴一样，喷射流也以接近光速的速度冲出，从而形成伽马风暴和引力波，如GW170817。

精确观测揭示高能辐射的原因

自从伽马射线爆发被发现的那天起，人类就一直渴望了解它的起源和辐射机制。然而，事情发生得如此突然，以至于科学家们还没来得及用他们的观测设备瞄准它，事情就结束了。

但是这一次，不同于过去，由于全球合作，几个观测设备已经记录了这次惊人的伽马射线爆发。科学家们将这次宇宙深处的爆炸命名为GRB 190114年。当它产生的伽马射线爆发到达地球时，它被两颗卫星探测到。在不到22秒的时间里，爆炸的坐标被发送给了世界各地的天文学家。

戴子高说伽马射线爆发的高能辐射机制一直是这个领域的难题。科学界认为这种辐射可能有三个原因:第一，高能电子产生的同步辐射；第二，逆康普顿散射；第三，强子过程(即高能质子和光子或高能质子和质子之间的相互作用)。

先前探测到的伽马暴的光子能量相对较低，这是电子同步辐射驱动的结果。这很常见。然而，这次探测到的伽马射线的光子能量极其惊人，显然不是来自同步加速器辐射。

科学家将其与2018年7月的GRB 180720B伽马风暴相比较，进一步发现辐射机制来自康普顿逆散射。

”高能电子与低能光子碰撞。结果，高能电子将其能量转移到低能光子并获得高能光子。这个过程是逆康普顿散射。”戴子高进一步解释说，这次观测到的高能光子通量明显高于同步辐射从低能区向高能区的扩展，因此它只能由相对论冲击波的逆康普顿散射产生。

伽马射线爆发引起了广泛关注，因为它形成于宇宙早期，科学家可以用它来研究早期宇宙的性质。

一些科学家认为这场伽马风暴发射的辐射能是人类观测史上最强的，这也成为天文学史上的一个里程碑。

”这一观察证实了伽马射线在兆电子伏(兆电子伏)中爆发的辐射机制

此外，中国的“眼睛”硬x光调制望远镜(HXMT)已于2017年发射运行，而空间可变源监测仪(SVOM)、爱因斯坦探测器(EP)、x光时变偏振探测器(eXTP)和引力波爆发高能电磁通信全天监测仪(GECAM)等项目正处于不同的研究阶段。它们的成功实施将使中国在伽马射线爆发探测方面达到国际先进水平。将来，这些装置将为中国学者研究伽马射线爆发贡献力量。