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首次探测到银河系内快速射电暴,或揭示起源线索

时间:2020-07-29 18:50:42 点击:

  核心提示: 磁陀星(magnetar)的艺术概念图。来源:ESO/L。 Calada 四月末,在不到一秒的时间里,银河系一颗高度磁化的恒星突然迸发出射电能量。现在,科学家认为这次突然的奇怪光闪或能解释天文学...

磁陀星(magnetar)的艺术概念图。来源:ESO/L。 Calçada

磁陀星(magnetar)的艺术概念图。来源:ESO/L。 Calçada


四月末,在不到一秒的时间里,银河系一颗高度磁化的恒星突然迸发出射电能量。现在,科学家认为这次突然的奇怪光闪或能解释天文学最大的谜团之一:究竟是什么力量激发了宇宙深处发现的其他上百个神秘的快速射电暴(fast radio burst,FRB)?

这颗恒星名为SGR 1935+2154,是一颗磁陀星。磁陀星本质上是超新星爆发后的致密自旋残留,外部被超强磁场包围。许多天文学家认为,快速射电暴这种只持续几毫秒的短促而强烈的宇宙连闪来自磁陀星,但一直无法证明两者之间的联系。

“我不会说我们已经盖棺定论了,断定快速射电暴就是来自磁陀星。”荷兰阿姆斯特丹大学的天文学家Emily Petroff表示说,“但这是我们迄今发现的最可观的证据。”

这是首次在银河系中探测到快速射电暴。这段时间里,arXiv预印本服务器上涌现了一大批描述该现象的初步论文。

在此之前,已知离我们最近的快速射电暴发生在离地球约1.5亿秒差距(4.9亿光年)的位置。而这颗磁陀星位于我们银河系内,距离地球只有10000秒差距,足以让天文学家近距离领略它的高能闪动。“这次的爆发很接近宇宙快速射电暴的那种惊人强度,但是离我们没有那么遥远。”美国西弗吉尼亚大学的天文学家Burke Spolaor说,“这个机会太难得了,我们至少发现了快速射电暴的一个潜在起源。”

锡盘望远镜

这场“秀”开始于4月27日,当时包括NASA的尼尔·格雷尔斯雨燕天文台(Neil Gehrels Swift Observatory)在内的许多卫星都发现了来自SGR 1935+2154的γ射线流。银河系已知约有30颗磁陀星,SGR 1935+2154是其中之一;这些磁陀星偶尔会突然活动,期间释放出不同波长的辐射。次日,“加拿大氢强度测绘实验”(Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment,CHIME)射电望远镜在其视场侧面探测到了巨大的射电闪光——正好来自这颗磁陀星的所在点。

CHIME团队一直期盼着能探测到来自SGR 1935+2154的射电辐射,但他们本来以为这种射电脉冲会很弱。没想到的是,“我们接收到的辐射比我们想的更让人激动。”主持分析工作的多伦多大学天文学家Paul Scholz说。

第二支研究团队更加走运,他们捕捉到了这次强烈暴发的全过程。STARE2射电望远镜由低科技的天线组成——每根天线都有一根金属管并连着两个锡盘——两个位于加利福尼亚州,一个位于犹他州。STARE2从去年开始执行巡天任务,一直希望能捕捉到银河系中类似快速射电暴的现象。4月28日,它不负众望地探测到了和CHIME发现的一样的射电脉冲。参与STARE2项目的加州理工学院研究生Chris Bochenek说:“我太激动了,我用了一点时间才打开数据检查,确保我不是在做梦。”Bochenek的联合导师、加州理工学院天文学家Vikram Ravi说:“Chris在Slack上给我留言,他激动之下还爆了粗口。”

小宇宙爆发

这是迄今发现的首个来自银河系磁陀星的最明亮的暴发,或能为弄清楚宇宙其他位置的快速射电暴的起源提供线索。

磁陀星自旋速度很快,拥有极强的磁场。它的能量如此充沛,自然可以产生暴发。关于这类暴发的起源,一种看法是磁陀星内部可能发生了某种活动,比如对应地震的“星震”,导致星球表面破裂,能量喷薄而出。另一种可能是磁陀星周围的高磁化环境在某种情况下产生了暴发。

通过研究来自SGR 1935+2154的射电暴,以及同时暴发的其他波长的光,天文学家或许能缩小这些可能的范围,德国马克斯·普朗克射电天文学研究所天文学家Laura Spitler说。许多卫星还探测到了来自该磁陀星的X射线暴,发生时间与射电辐射差不多。这也是天文学家第一次在其他波长上探测到这些信号;正是因为这颗磁陀星离地球很近,我们才有机会发现这些信号。

不过,还是有一些谜团没有解开。比如,与4月28日的暴发相比,在遥远星系发现的快速射电暴的能量是前者的1000倍左右。此外,部分遥远的暴发还会有间隔地重复,这些都是磁陀星起源无法简单解释的现象。Petroff说,也许有一部分快速射电暴是来自磁陀星,但不是全部。

无论如何,天文学家还是想要探测到更多的快速射电暴——不管远的近的。“每个射电暴都能照亮我们与它源头之间的所有物质。”阿姆斯特丹大学的天文学家Jason Hessels说。科学家已经开始利用这些信息,绘制宇宙中物质的分布地图。

Hessels说:“尽管这或多或少已经回答了射电暴起源的问题,但是这个领域的未来仍旧让人充满期待。”

作者:不详 来源:Nature自然科研
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