兩個多月前的3月29日凌晨兩點，全球科學家正在狂歡，慶祝他們聯手研究了一顆大質量恒星死亡瞬間產生的“史上最亮”伽馬射線暴（GRB 221009A）。此時，我國高海拔宇宙線觀測站（“拉索”，LHAASO）首席科學家曹臻坐在安靜的角落，默默注視著一切。
兩個多月后的6月9日，還是凌晨兩點，“拉索”合作組在《科學》放出憋了數月的“大招”，解開了全球狂歡后依然困擾世界的難題——為什么這次爆發會是“史上最亮”。
287位科學家聯合署名，憑借“拉索”的海量觀測數據，補齊了這顆恒星死亡瞬間的完整亮度變化曲線。3位匿名審稿人在看到這一成果后，驚嘆該成果是“突破性的”“非凡的”“杰出的”。為了讓更多科學家早日看到數據和結果，《科學》編輯決定，讓文章“插隊”出版。
“拉索”探測伽馬射線暴（GRB 221009A）藝術圖。中國科學院供圖
狂歡里的冷靜
約19億年前，一顆比太陽重20多倍的“超級太陽”，燃燒完其核聚變燃料后，瞬間坍縮爆炸形成一個火球。巨大的“宇宙煙花”——伽馬射線暴，持續了幾百秒。火球與星際物質碰撞后產生的大量萬億電子伏特高能伽馬光子穿過茫茫宇宙，徑直飛向地球。
約19億年后，地球級狂歡開始。興奮的人類用諸如“千年一遇”“萬年一遇”“史上最亮”等極端詞匯來形容這次伽馬射線暴的亮度。
狂歡的同時，大部分科學家沒有失去理性。他們清楚，一些最為基礎的問題還沒能解答。雖然全球科學家齊心協力畫出了這次爆發的瞬時與余輝亮度變化曲線，但余輝曲線沒“頭”沒“尾”。沒人能解釋它是什么時候亮的、什么時候滅的，以及為什么此次伽馬射線暴會這么亮。
在沒有數據支撐的情況下，大家有兩種猜測。一種猜測認為，恒星爆炸的能量大到無法解釋，以至于拋向地球的光極其明亮；另一種猜測認為，恒星用盡“生命”最后的力量，向兩側噴出了巨大能量，其中一側恰好直沖地球。
究竟哪種猜測是對的？沒人敢“拍板”，直到“拉索”出現……
2022年10月9日21時20分50秒，位于海拔4410米的“拉索”接收到了這次伽馬射線暴的光子。恒星的爆炸持續了10分鐘，“拉索”共接收到了6萬多個高能光子。
基于史無前例的數據量，團隊補齊了亮度變化曲線的“頭”和“尾”。
他們發現，曲線的“頭”部十分“陡峭”。論文通訊作者之一、中國科學院高能物理研究所研究員姚志國說，這表明到達地球的光子是極速變亮的，不到2秒的時間里，“拉索”收到的光子亮了100多倍，超出了以往理論模型的預期。
他們判斷，之所以亮度快速增強，很可能是因為第一波爆炸發生后，后續爆炸產生的“后浪”瞬間把“前浪”推到了新高度。
更重要的是，亮度變化曲線的“尾”部同樣“陡峭”。“拉索”合作組發現，爆炸開始后不到10分鐘，“拉索”收到的光子亮度突然間快速減弱。
根據這根“陡峭”的“尾巴”，“拉索”明確了此次伽馬射線暴“史上最亮”的原因。“恒星爆炸后拋射物輻射的張角只有0.8度，而且正對著地球。”論文通訊作者之一、南京大學教授王祥玉說，這一結果證明，大質量恒星在死亡瞬間，向兩側噴出了極細的噴柱。
“拉索”補齊曲線的“頭”和“尾”。中國科學院高能物理研究所供圖
宇宙級幸運+地球級實力
直到初步看到結果，“拉索”合作組才恍然發覺，自己有多么幸運。
宇宙中，0.8度錐形細得像是一根針。地球在自轉，也在繞著太陽公轉，而這枚“針”飛來時恰好正對著中國大地，“戳”在了四川稻城海子山上面積大約1.3平方公里、建成不到兩年的“拉索”上。
“這不公平，老天爺對你們太好了，我們干了20年，什么也沒看到。”一位國際同行在初步了解“拉索”的觀測狀態后，忍不住拉住曹臻抱怨。
宇宙級的幸運，讓“拉索”成為全球唯一一個完整探測到這場伽馬射線暴的地面探測器，“拉索”合作組由此在全球首次精確測量了高能光子爆發的完整過程。
“我們完整記錄了萬億電子伏特伽馬射線流量增強和衰減的整個過程。”曹臻說。
另一位正在編撰伽馬射線暴相關教科書的同行告訴曹臻，他計劃把“拉索”的新發現寫進去。曹臻回應：“放心寫，這個觀測結果預計將在今后幾十年甚至上百年內保持最佳。”
北京師范大學天文系教授高鶴認為，人們一直期望利用伽馬暴研究宇宙的演化歷史、重元素的起源以及相對論的正確性等重大問題，而“拉索”的這一觀測結果大大增進了人類對伽馬暴輻射機制以及噴流結構等方面的理解。
在美國賓夕法尼亞州立大學講座教授Peter Meszaros等國際同行看來，“拉索”能有此重大發現，不僅得益于宇宙級幸運，更得益于“‘拉索’巨大的觀測面積和先進的探測器技術，以及觀測裝置的實力”。
“拉索”于2021年7月建成并全部投入運行，它由3個探測器陣列組成，包括1平方公里的地面簇射粒子探測器陣列、7.8萬平方米的水切倫科夫探測器陣列、18臺望遠鏡組成的廣角切倫科夫望遠鏡陣列。
此次觀測結果由水切倫科夫探測器陣列提供，該探測器是目前國際上最靈敏的甚高能伽馬射線源巡天觀測裝置。它利用36萬噸純凈水作為介質，通過水底放置的6240個不同尺寸的光敏探頭探測伽馬光子留下的信號。
287位合作者圍繞“拉索”自由組合
在3月國際狂歡時，陪曹臻一起默默等待的，還有全球另外286位科學家。他們是“拉索”合作組的成員，也是此次論文的共同作者。
這些科學家來自全球32家天體物理研究機構、高校的67個研究團隊。“大家協同做完分析、寫出文章后，經過大約一個月的內部評審，合作組里的每個人都簽字同意之后，論文才投稿。”曹臻說。
論文署名方面，除了首席科學家、國際合作組發言人曹臻署第一作者之外，其他科學家均按照姓名首字母順序排序。論文通訊作者共有6位，來自中國科學院高能物理研究所、南京大學、中國科學技術大學，他們承擔了主要的數據分析和理論解釋工作。
曹臻介紹，這樣的合作研究方式，已經成了“拉索”合作組的慣常做法。由于67個研究團隊的工作內容會有重合，在研究具體問題時，研究團隊之間圍繞“拉索”數據，形成新的組合。
“重新組合時，大家不會在意對方來自哪個單位，因為大家做的工作完全是由興趣和特長決定的。”曹臻說。
在此次研究中，6位通訊作者和曹臻形成了7人核心小組。通訊作者之一、中國科學技術大學教授戴子高回憶，從2022年10月9日看到伽馬射線暴，直到論文投稿，7人組以一周多次的頻率在線上討論“拉索”的數據并進行理論分析。
2023年2月1日，他們把論文投給《科學》。一般來說，按照雜志出版的慣例，論文在被接收后需要排隊刊發。“但是編輯特別照顧我們，幫我們跳過排隊環節，插隊到了最前面。”曹臻說。
論文發表后，“拉索”合作組的工作還在繼續。“截至目前，本次爆炸事件還有許多其他新發現，科學家將不懈深耕‘拉索’數據，力圖揭開更多奧秘。”曹臻說。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1126/science.adg9328
