科学家首次探测到银河系中的快速射电暴

未知 2021-11-09 10:40

科学家首次探测到银河系中的快速射电暴


科学家们关于sgr 1935+2154的银河系磁陀星的超光速无线电波的爆发的大量数据进行研究,试图把他们都弄清楚,但研究仍在进行中。

银河系中一颗名为 SGR 1935+2154 的磁陀星或许能帮助天文学家们解决困扰他们多年的深空无线电信号之谜。

2020 年 4 月 28 日,世界各地的无线电观测站发现这颗距地球仅 30,000 光年远的恒星残骸似乎进行了一次无线电波爆发。这次爆发持续了大概几毫秒,释放的无线电波的强度异常之大,即使在别的星系也可以探测到。与此同时,地面上和太空中的X射线观测站也记录到了由同一颗磁陀星发出的大量X射线。

关于这一事件的研究目前还处于非常初步的阶段,天文学家们正在争先恐后地分析大量数据。 但许多天文学家认为这次无线电波爆发终于可以向我们指明快速射电暴 (FRB) 的来源。

洛里默暴——人类观测到的第一个快速射电暴(图源:维基百科)

探测到无线电信号的团队之一瞬时天文无线电探测计划2(STARE 2 Survey)的成员,加州理工学院的天文学家施里尼瓦斯 库尔卡尼告诉本报记者:“在很多人看来,这次事件表明快速射电暴(FRB)是由磁陀星产生的。”

快速射电暴是宇宙中最迷人的谜团之一。 它们是来自深空的、距离我们数百万光年的星系的极其强大的无线电信号,其中一些释放的能量超过 5 亿个太阳。 然而,它们持续的时间不过眨眼之瞬——仅为几毫秒——而且它们中的大多数不会反复出现,这使得科学家很难预测、追踪和理解这种现象。

快速射电暴的艺术概念图(图源:维基百科)

人们已经就快速射电暴(FRB)的来源提出了包括超新星和外星人(抱歉,后者这是极不可能的)在内的多种潜在解释。 但一种越来越受欢迎的解释则为: FRB 是由磁陀星产生的。

磁陀星是一种特别奇怪的中子星。与其他中子星一样,磁陀星是大质量恒星经过超新星爆发后留下的极其致密的核心残余物。 但是磁陀星的磁场比普通中子星强得多——大约强 1000 倍。 我们尚不知晓这么强的磁场是如何产生的,但这些磁场对磁陀星本身产生了有趣的影响。

磁陀星的艺术概念图(图源:维基百科)

当引力试图向内作用将星体保持在一起时,磁场是如此强大,扭曲了恒星的形状。 库尔卡尼解释说,这使得这两种力之间持续紧张,无法稳定平衡,偶尔还会产生巨大的星震和磁陀星耀斑。

2020 年 4 月 27 日,SGR 1935+2154 的活动变得剧烈。包括 Swift Burst Alert Telescope、AGILE 卫星和 NICER ISS payload在内的多个仪器都发现并观测了这颗磁陀星。 它最初看起来相对正常,其行为与在其他磁星中观察到的行为一致。

但随后,在 4 月 28 日,加拿大氢强度测绘实验望远镜 (CHIME) - 一架旨在扫描天空中瞬态事件的望远镜 – 探测到了来自这颗磁陀星的前所未有的信号,该信号过于强大,以至于系统无法对其进行量化。《天文学家电报》刊登了这一发现。

由加州理工学院的研究生克里斯托弗 博切内克发起的瞬时天文无线电探测计划2也检测到了这一信号。这一项目的设计初衷便是探测银河系内产生的的FRB信号。它由三个相距数百公里偶极无线电天线组成,这样设计既能排除掉周围由人类活动造成的无线电信号,又能对信号源进行三角位置测量。

博切内克与STARE2的一个信号接收器(图源:Caltech.edu)

瞬时天文无线电探测计划2检测到的来自SGR 1935+2154的信号既清楚强度又高,累积通量达到了一百万扬斯基毫秒。相比较而言,一般的系外FRB信号的累积通量只有几十扬斯基毫秒。但由于SGR 1935+2154离我们距离很近,经过校正,它的FRB信号强度其实是相对较弱的------但也足够成为FRB了,库尔卡尼说。

‘如果相同的信号从附近那些时常会有FRB信号的星系里传出来的话,我们会认为这就是FRB信号,’他告诉我们,‘这种事情真的是前所未见。’

这张暂态相空间图里包含了SGR 1935+2154信号值的下限,我认为这张图很明显地指出SGR 1935+2154的信号很有可能就是快速射电暴。(图源:推特 Dr. Evan Catháin (@evanocathain) April 29, 2020)

但是SGR 1935+2154与众不同的地方在于,除了无线电信号之外,他还发射出了X射线,我们从来没有在系外FRB中观测到这样的现象。不过,发出X射线倒是多数磁陀星爆发的一个特征。事实上,对于大多数磁陀星来说,发出X射线和伽马辐射是比发出无线电信号更加通常的事情。

据意大利国家天文学院的天体物理学家桑德罗梅雷盖蒂所说,SGR 1935+2154发出的X射线看起来很寻常,信号强度也并不是非常强。梅雷盖蒂同时也是欧洲航天局国际伽马射线天体物理实验室卫星项目的研究人员。但这或许意味着FRB是一个比我们目前所知更加丰富而神秘的现象。梅雷盖蒂告诉本报: ‘这是一个非常有趣的观测,同时也支持了FRB来源于磁陀星的猜想。

欧洲航天局国际伽马射线天体物理实验室卫星的发射场景 (图源:欧洲航天局)

‘此前观测到的FRB都来自银河系外,或许这就是为什么我们从来没观测到伴随这些FRB的X射线和伽马射线。跟SGR 1935+2154具有一样光度的X射线是无法从银河系外传到地球被我们观测到的。’

不过毋庸置疑的是我们确实检测到了跟FRB很相似的无线电信号。并且,据Kulkarni所说,磁陀星是完全有可能产生更强的爆发的。SGR 1935+2154的爆发并没有耗费太多能量,一个磁陀星可以承受比这大几千倍的爆发。

尽管这些发现非常惊人,我们还是要记得现在研究还处于初步阶段。天文学家们正在运用我们拥有的功能最为强大的设备进行进一步的观测。

况且,天文学家们还尚未对这次爆发的光谱进行分析,与系外FRB的光谱进行比对。如果我们最终发现这两者之间有很大的差异,那么之前对这颗磁陀星的猜想都将作废,我们将不得不从头再来了。

当然了,哪怕SGR 1935+2154的存在真的能确定一些FRB的源头就是磁陀星,这也不意味着磁陀星就是FRB唯一的源头。有一些FRB信号与SGR 1935+2154十分不同,那些信号没有固定周期很难预测。有一个信号源发出的信号以十六天为周期循环往复。

无论SGR 1935+2154最终能告诉我们什么,这些难以置信的信号背后难解的谜题仍然无法完全解开。但是SGR 1935+2154的发现的确是一个令人振奋的新进展。


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