BOAT：史上最亮的伽瑪射線暴

2022年10月9日。一道高能量光波在宇宙中旅行了將近19億年，終於抵達太陽系——而它的到來，毫不客氣。

它如預期般觸發了專門監測伽瑪射線的偵測器。但它同時也點亮了那些設計來觀測太陽的儀器。它猛烈震動了地球大氣層的最頂端。更驚人的是，它甚至一路延伸到旅行者一號——那艘1977年便離家出走、如今已遠在140億英里之外的探測器——在這具幾乎被遺忘的古老機器上，留下了清晰的印記。

天文學家為它編號：GRB 221009A。然後，他們給了它一個從此流傳下去的綽號：BOAT，有史以來最亮的那一個（Brightest Of All Time）。

說到這個稱號，通常這種最高級的名字不過是炒作。但這一次，它是真的。然而BOAT也順手丟下了幾道真正的謎題，幾個讓研究人員至今仍在頭疼的難題。所以，讓我們好好走一遍：我們究竟知道什麼、還不知道什麼，以及最聰明的猜測指向何方。

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那一天，究竟發生了什麼

先從基礎說起。伽瑪射線暴是整個宇宙所能製造出來最亮的爆炸。「長型」伽瑪射線暴——持續時間超過幾秒的那種——源自一個殘暴的瞬間：一顆質量龐大、高速自轉的恆星耗盡燃料，塌縮成黑洞，同時以接近光速的速度向外噴射物質柱 (NASA)。

就是這個過程，在10月9日那天觸發了所有警報。NASA的費米伽瑪射線太空望遠鏡和尼爾·葛瑞斯·史威夫特天文台最先捕捉到它，隨後來自風號太空船上的Konus儀器、國際太空站上的NICER，以及其他更多設備也紛紛傳來確認訊號 (NASA)。而接下來發生的事，有點荒謬：這道爆發太亮了，亮到直接讓費米的偵測器「瞎了」。它們飽和了，就像相機直接對準太陽拍照一樣，科學家們後來必須費盡心力重新解讀那些殘缺的數據，才勉強還原出真實的亮度 (The Astrophysical Journal Letters)。

那麼，它究竟有多亮？路易斯安那州立大學的埃里克·伯恩斯（Eric Burns）沒有保留：GRB 221009A，他說，「很可能是自人類文明誕生以來，X射線和伽瑪射線能量範圍內所發生過最亮的爆發」 (NASA)。再讀一遍——自文明誕生以來。它比先前的紀錄保持者亮了大約50到70倍。研究人員梳理了已知的約7,000個爆發事件，最後得出一個令人肅然的數字：如此亮度的事件，大約每一萬年才會出現一次 (NASA)。

為什麼偏偏是這一個？宇宙級別的雙重好運。其一，它很近。分析光譜將其紅移定位在 z = 0.151，距離幾十億光年，這讓它成為人類有史以來捕捉到的最近「長型」伽瑪射線暴之一 (arXiv preprint, Science Advances)。其二，那道噴流的方向幾乎對準地球正面射來。試想一下，手電筒從你身旁掃過，和手電筒直直對準你雙眼之間——完全不同等級的震撼。

接著，它又打破了第二項紀錄，這次是在高能量的極端領域。中國的LHAASO天文台偵測到超過5,000個極高能量光子，其中部分攜帶了約18太電子伏特的能量。在此之前，從來沒有任何伽瑪射線暴被觀測到超過10太電子伏特。舊有紀錄大約落在1到3太電子伏特。BOAT把這些紀錄全部碾碎 (Science Advances)。

它甚至碰觸了我們自己。一個由歐洲太空總署研究人員主導的團隊，在《自然通訊》期刊發表研究，發現地球高層電離層——大約500公里高處——出現了一道與這次爆發時間吻合的擾動。這是人類首次將伽瑪射線暴與大氣層如此高處的漣漪連結在一起 (Nature Communications)。不過不用因此失眠——這只是靈敏儀器上一道幾乎察覺不到的微弱訊號，地面上沒有任何人能感受到半點異樣。

那些「不該抵達」的光子

現在說說真正的謎題。那18太電子伏特的光？它根本不應該出現在這裡。而它的存在，正在動搖我們對宇宙運作方式的一個基本假設。

如此高能量的光子，理論上不可能在穿越數十億光年後依然存活。原因微妙，但鐵板釘釘。宇宙並非真正意義上的空無一物——它充滿了一種稀薄、彌散的光芒，叫做「河外背景光」，那是有史以來所有曾經燃燒過的恆星與星系所留下的集合光輝。一顆以極高速度穿越這片光霧的超高能光子，理論上應該會與之碰撞、消失，轉化為一對正反粒子。在18太電子伏特的能量等級，宇宙理應形同一片厚霧，讓光無法穿透 (Science Advances)。

那麼，為什麼數以千計的這類光子，能夠橫跨宇宙，落在中國的偵測器上？這就是謎題所在，而且目前沒有令人滿意的答案。也許星系之間的空間，比我們的模型所預測的更為透明。也許有某種機制在護送那些光子穿越迷霧。也許我們對這類噴流如何加速粒子的整體認知，都需要徹底重寫。目前沒有人知道答案。

伴隨這道謎題，還有另一個更安靜的疑問。面對如此驚人的高能量光大爆發，理論上你會預期同時出現大量被稱為微中子的鬼魅粒子。IceCube微中子天文台全力搜尋，卻一無所獲——在大範圍能量區間內，只找到了上限估計值而已（研討會預印本，arXiv；尚未通過同行審查）。許多模型原本預測，史上最亮的爆發應該產生微中子訊號。這沉默本身，就是一個真實的限制條件，理論學家們至今仍在設法解讀它的含義。

那麼，究竟怎麼回事？

最無聊（也最可能）的答案，關於宇宙透明度的問題。 最平靜的解釋是：這裡根本沒有什麼新物理學，只是一些參數需要微調。也許背景光在這條特定視線方向剛好比較稀薄。也許我們的吸收模型略微過於悲觀，稍作修正，就能讓足夠多的光子存活下來，符合LHAASO的觀測 (MNRAS Letters)。目前，大多數證據都傾向這個方向。

瘋狂的答案（是的，這是猜測）。 有一個更奇異的理論在流傳，它仰賴一種被稱為「類軸子粒子」的假設性物體。這個想法是這樣的：一個伽瑪射線光子短暫地變形成這種輕如鴻毛的粒子，悄然穿越宇宙，完全不受背景光的影響，然後在接近地球時再變回伽瑪射線——一場宇宙級的隱身術 (arXiv preprint)。這是真正的研究方向，不是旁門左道，但必須說清楚：這是尚未獲得證實的推測，若要成立，需要全新的物理學來支撐。

幾何學的答案。 有一個已同行審查的解釋，專門針對BOAT極端亮度本身——與奇異粒子完全無關，而是與形狀有關。這叫做「結構化噴流」：一道極細、超高速的核心，外圍包裹著一層更寬、更慢的外鞘，而那個灼熱的核心幾乎正對著我們 (Science Advances)。換句話說，也許我們只是用一個格外幸運的角度，觀賞了一頭普通的怪獸。

消失的超新星。 一顆塌縮的巨型恆星死後，應該留下一具屍體：超新星。但在最初的搜尋中，研究者無法在那片耀眼的強光中找到任何踪跡，「失蹤的超新星」傳言開始流傳。然後，2024年給出了答案。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）在爆發後約168至170靜止幀天後，發現了那顆超新星。而最令人意外的轉折來了：它看起來完全普通。一個類似SN 1998bw的事件，鎳的質量約為太陽的0.09倍，更重要的是——完全沒有形成最重元素所需的快速中子捕獲（「r過程」）反應的跡象 (Nature Astronomy)。這個結論靜靜地震撼人心：即便是最極端的爆發，似乎也不是鑄造最重元素的主要熔爐；而且爆發本身和超新星之間，可能比任何人所假設的更為相互獨立。

這才是最讓人久久難忘的部分。那道光超出了所有量表的範圍，是黑暗中一聲萬年一遇的嘶吼。但發出這聲嘶吼的那顆星，以我們能測量的每一個數字來看，幾乎平庸得令人洩氣。一場毫不起眼的死亡，製造出有記錄以來最亮的閃光，仍在教導我們宇宙究竟有多透明——同時，仍然守著幾個它不打算輕易說出口的秘密。

資料來源與延伸閱讀

• NASA，NASA探測任務研究可能是萬年一遇的伽瑪射線暴：https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/nasa-missions-study-what-may-be-a-1-in-10000-year-gamma-ray-burst
• Burns 等，GRB 221009A：BOAT，天體物理學期刊快報：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acc39c
• LHAASO合作組，GRB 221009A超過10 TeV的極高能伽瑪射線輻射，Science Advances：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj2778
• Hayes 等，與伽瑪射線暴相關的高層電離層電場擾動證據，Nature Communications：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42551-5
• Blanchard 等，JWST探測到與GRB 221009A相關的超新星但無r過程特徵，Nature Astronomy：https://www.nature.com/articles/s41550-024-02237-4
• O'Connor 等，結構化噴流解釋極端GRB 221009A，Science Advances：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi1405
• IceCube合作組，IceCube搜尋來自GRB 221009A的微中子（ICRC2023預印本）：https://arxiv.org/abs/2307.16354
• GRB 221009A早期TeV光子的吸收機制，MNRAS Letters：https://academic.oup.com/mnrasl/article/529/1/L19/7468153
• Galanti 等，解讀GRB 221009A的約18 TeV光子（類軸子粒子預印本）：https://arxiv.org/abs/2211.04057
• 維基百科，GRB 221009A（概覽與圖表交叉核對）：https://en.wikipedia.org/wiki/GRB_221009A