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“自然”:最神秘的宇宙信號,來源是第一次確定



在2007年,天文學家發現了一種持續時間僅幾毫秒的高能天體物理學現象,這是一個快速的無線電爆發(FRB)。 十多年來,關於其起源的觀點分歧很大,甚至更加神秘。在《自然》雜誌上發表的最新研究首次澄清了FRB的來源-今年4月,兩個天文台分別在銀河系中觀測到了一顆磁星的無線電爆發,這表明磁星至少是其中的一部分。 FRB的來源。

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Magnetostar的藝術概念圖(照​​片來源:ESO / L。Calçada)

最近,天文學家一直在監視距地球30,000光年遠的一顆長死恆星的殘骸發出的奇怪的高能輻射。 天體屬於“電磁體”(magnetar),它是一個巨大的磁中子星。 。 天文學家偶然發現了僅持續幾毫秒的強烈無線電波爆發。 這也是有史以來最亮的磁星爆炸。

儘管上述無線電波猝發源於我們的銀河系,但它與稱為快速無線電猝發(FRB)的無線電波閃爍現象非常相似。 FRB短暫而明亮。 先前的觀察無法確定其起源,但它們都來自其他星系。 今天的新發現證實,這顆磁星是FRB的起源,並且也許能夠解決至少一個關於FRB起源的謎團,儘管答案可能會導致更多的謎團。

“這確實是一個突破,而不是濫用這個詞。” 荷蘭射電天文研究所和阿姆斯特丹大學的傑森·黑塞爾斯說。 這次的結果不能立即解決有關FRB的所有問題,但可以使我們朝著這個目標邁出一大步。

今年四月下旬,至少有兩個射電天文台發現了這次無線電風暴。 研究小組將無線電波追溯到一個高磁中子星,這就是上述恆星的遺跡。 這顆位於銀河深處的死星稱為SGR 1935 + 2154,其質量是太陽質量的40-50倍。 大約一個星期以來,它一直向宇宙發射高能輻射。

這是人類第一次觀察到伴隨著如此大規模的伽馬射線的無線電爆發。 由於無線電脈衝串明亮且壽命短,因此一些天文學家現在將其視為研究數十億光年遠的FRB的絕佳模型。

阿姆斯特丹大學的艾米莉·彼得羅夫(Emily Petroff)表示,即便如此,要使這一薄弱環節更加清晰,也需要對來源與先前觀察到的FRB的區別進行清晰評估。 “就像研究FRB一樣,我們必須避免’看見樹木而不是森林’。我們需要擔心的是,這種來源只是一個特例。”

捕獲FRB

十多年來,FRB一直是宇宙中最困難的謎團之一。 這些無線電波以光速傳播,通常要經過數十億年才能被觀察到。 這意味著發射這些無線電波的天體必須非常強大。 迄今為止觀察到的所有爆炸都是來自遙遠的星系。 關於這種現象的起源,多年來,天文學家提出了數十種假設,其中包括黑洞蒸發,恆星爆炸以及巨大的天體碰撞。 當然,仍然有一些不太嚴重的猜想,認為這是我們不了解的外星人傳播的信息。

越來越多的觀察使該假設更加完善。 天文學家已經觀察到一些重複的爆發,這表明無論來源是什麼,它們都不會在FRB產生後自毀。 研究團隊將多個望遠鏡對準天空中的多個位置,並開始實時捕獲無線電風暴。 很快,追回了幾個無線電爆發的宿主星系。 但是,即使天文學家已經收集了數百個爆發的數據,無線電爆發的起源仍然令人懷疑。

彼得羅夫說:“每次發現新的無線電風暴都會與以前有所不同。我本來希望每次發現新的無線電爆發都能確認我們以前學到的所有知識,但現實永遠不會方式!廣播突發比我們想像的要多樣化得多,因此我們必須更加集中精力。”

天文學家首次使用CHIME(加拿大氫強度測繪實驗)射電望遠鏡發現了這一新爆發。 這架位於加拿大西南部的望遠鏡致力於搜尋FRB。 自2018年底開放以來,已經發現了數百種此類信號。 這種新的噴發出現在望遠鏡視場的外圍,但是由於它的強度如此之高,所以仍然很容易觀察到。

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圖片來源:CHIME

“這是磁星發出的非常明亮的廣播。” 多倫多大學的Paul Scholz說,他在天文新聞網站上實時向CHIME小組報告了疫情。 “這是Magneto和FRB之間的聯繫嗎?有可能。”

接到通知後,加州理工學院的天文學家對噴發後收集到的數據進行了初步檢查。 他們的觀察結果是通過位於加利福尼亞和猶他州的三個無線電天線收集的。 它們是STARE2(第二瞬態天文學無線電發射調查)項目的一部分,該項目專門用於從銀河內部檢測FRB。

與CHIME不同,STARE2從正面捕獲了事件,這使研究人員可以快速計算突發的亮度。 根據他們的估計,如果爆炸發生在銀河系FRB以外最接近的已知距離(約5億光年),從地球上仍然很容易檢測到。 對於加州理工學院的Shrinivas Kulkarni而言,此爆發的亮度和毫秒持續時間是FRB的決定性環節。

STARE2項目的首席研究員庫​​爾卡尼說,基於這些觀察,“ FRB的合理起源是其他星系中的活躍磁星。 如果我們等待足夠長的時間,也許這個磁星會產生更明亮的爆發。”

第三個觀測結果來自另一個小組,使用了歐洲航天局的軌道INTEGRAL(國際伽瑪射線天體物理學實驗室)觀測站。 它們將無線電脈衝與來自同一物體的X射線脈衝同時關聯。 確定其來源為磁星。 此後,中國的500米球面射電望遠鏡(FAST)發現了另一場SGR 1935 + 2154的射電暴,爆炸的源頭也指向磁星。 庫爾卡尼說:“我敢打賭一年的薪水,這才是來源。”

電磁爆炸

在過去的幾年中,有許多證據表明Magneto是造成FRB的“罪魁禍首”。 這些中子星旋轉得非常快,並且擁有非常強大的磁場。 兩者的結合會產生巨大的輻射突發。 科學家們還觀察到一些FRB具有強烈的“扭曲”極化。 這表明它們起源於或穿過強磁性環境,例如這些死星的周圍環境。

但是,答案的全貌尚未透露。 赫塞爾說:“很長一段時間以來,人們一直在反駁:“但是我們從未在銀河系中看到磁星的任何運動,而且它們的亮度甚至都不亮。在這種情況下,星系工作?”

現在,有了這個新發現,天文學家正在仔細研究FRB和磁星之間的聯繫。 彼得羅夫說:“我不會說這是最終結論,也不是這是必不可少的中間環節。” “但是通過這項研究,我們距離銀河系中的天體與產生FRB的天體之間的聯繫更近了一步。”

天文學家指出,儘管該爆炸比以前的磁星觀測到的任何爆炸都要亮,但其強度仍比大多數FRB弱幾個數量級。 研究人員可能會首先發現較弱的爆發,這是可以預期的,因為較弱的爆發可能比非常明亮的爆發更頻繁,就像小地震比大地震更頻繁一樣。 較強的恆星耀斑(耀斑)也可能產生較強的無線電脈衝。 儘管很少見,但一些磁星會產生強大的耀斑,即使在很遠的星際距離,它們也可以改變地球的電離層。 赫塞爾斯說:“我真的很想知道我們是否能捕捉到像這樣的巨大耀斑,我們會看到像FRB一樣明亮的爆發嗎?”

另一個未解之謎是FRB是否可以有多個不同來源? 迄今為止,觀察到的大多數暴發都是獨立事件,但也有十幾起具有神秘來源的暴發反復發生。 最近的(約10億光年)重複性FRB稱為R3,每16天噴發一次。 科學家懷疑R3的周期性活動與鎖定在其重力範圍內的其他物體有關。 但是,磁星SGR 1935 + 2154似乎沒有任何類似的軌道伴侶。

赫塞爾說:“我希望不僅有一個FRB。我還希望通過更深入的研究,我可以同時發現很多東西。”