紫金山天文臺等證認出宇宙中迄今最劇烈光學紫外耀發

　　近日，中國科學院紫金山天文臺研究員范一中、金志平領銜的國際團隊，提出了雨燕（Swift）衛星紫外光學望遠鏡（Swift/UVOT）在中等飽和情況下的數據處理方法并將其應用到伽馬暴GRB 220101A的分析研究中，證認出迄今為止人類探測到的最劇烈光學紫外耀發。6月26日，相關研究成果以An optical–ultraviolet flare with absolute AB mag-nitude of -39.4 detected in GRB 220101A為題，在線發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）上。

　　伽馬暴是宇宙中最劇烈的恒星尺度的爆發現象，其主要輻射能量集中在軟伽馬射線波段。因此，軟伽馬射線輻射時期被稱為伽馬暴的瞬時輻射階段。瞬時輻射結束后，科學家可觀測到持續約數周甚至數年的X射線、光學輻射乃至射電輻射，也就是余輝輻射。在GRB 990123瞬時輻射的末期，科學家觀測到明亮的光學閃耀現象，被認為是標志著余輝輻射的開始。該光學閃耀也是人類記錄到地宇宙中光度最高的紫外光學輻射。關于該閃耀的深入研究表明，輻射區具有很強的磁場，反映了磁活動在提取中心引擎中所發揮的重要作用。2008年，科學家記錄到GRB 080319B瞬時光學輻射。盡管這個伽馬暴距離地球極其遙遠，但其最亮的時候可以被人類用肉眼看到，因此被命名為肉眼暴。與GRB 990123 不同，GRB 080319B的輻射更多的是反映了中心引擎的不規則活動狀況，與余輝輻射關聯性不強。長期以來，GRB 080319B保持著宇宙中最劇烈光學紫外耀發事件這一世界紀錄。

　　2022年1月1日，Swift衛星探測到新的爆發GRB 220101A。由于它的光學余輝很明亮，科學家很快測量出其紅移值為4.618，因此探測到的光學輻射其實是被紅移過的紫外光子。這些紫外光子的被吸收效應非常嚴重，在達到地球之前已損失了約99%，也就是實際的輻射流量是觀測值的約100倍。這表明GRB 220101A是劇烈的光學紫外耀發。在暴后79秒Swift/UVOT便進行了150秒的event模式白光觀測。該團隊開展了高時間分辨的測光分析發現，GRB 220101A的流量演化非常劇烈特別是峰值時刻望遠鏡已經處于中等飽和狀態。該情形下如何進行UVOT的數據分析，之前的文獻并無可靠方案。科研人員基于該望遠鏡的“點擴散函數”效應提出了對處于中等飽和的UVOT數據處理方法，并證實其可以給出可信的真實流量。結果表明，GRB 220101A的絕對星等達到-39.4，這是人類目前探測到的唯一一個絕對星等亮于-39等的光學紫外輻射源。如圖所示，GRB 220101A的輻射光度約為太陽的40億億倍，打破了GRB 080319B保持的紀錄。分析進一步發現，GRB 220101A的光學輻射行為既不同于標志著余輝開始的GRB 990123的光學紫外閃耀，又不同于直接示蹤中心引擎活動的GRB 080319B，而需要新的模型解釋，這表明了超亮光學紫外爆發的物理起源多樣性。研究提出，即將于2024年初發射的中法空間變源監視器SVOM衛星可望探測到更高紅移的極其劇烈的光學紫外爆發現象。

　　研究工作得到國家自然科學基金、中國空間站工程巡天望遠鏡和青海省重大科技專項等的支持。中國科學院國家天文臺和意大利國立天體物理研究院的科研人員參與研究。