1.四项新的研究提供了关于快速射电暴起源的答案,可能有助于揭示它们产生的原因。
2.其中一个快速射电暴似乎来自一种密集中子星(称为磁星)附近混乱且磁场活跃的环境。
3.另一方面,另一个快速射电暴(科学家在几个月的时间里观察到其持续脉动)则来自一个遥远、古老且缺乏恒星的星系边缘。
4.研究人员使用了一种名为CHIME的快速射电暴探测设备来发现这两个射电暴。
5.未来对快速射电暴的闪烁进行测量和分析可能是天文学家更好地理解快速射电暴的一种方法。
以上内容由腾讯混元大模型生成,仅供参考
(美媒1月24日报道)
自2007年首次探测到这一现象以来,神秘的快速射电暴(毫秒级的明亮无线电波闪烁,源自太空)一直吸引着天文学家的兴趣。这种令人费解的信号被称为快速射电暴(FRB),在不到眨眼工夫的时间里释放的能量相当于太阳一天所释放的能量。
研究人员仍在努力解开这些天体脉冲究竟是什么,以及它们是如何和在哪里产生的。专门的望远镜使天文学家能够追踪银河系内的射电暴,甚至追踪到距地球达80亿光年的射电暴。
如今,四项新的研究提供了关于快速射电暴起源的答案,这可能有助于揭示它们产生的原因,但最近描述的两个射电暴的位置截然不同。
其中一个快速射电暴似乎来自一种密集中子星(称为磁星)附近混乱且磁场活跃的环境。与此同时,另一个快速射电暴(科学家在几个月的时间里观察到其持续脉动)则来自一个遥远、古老且缺乏恒星的星系边缘。
研究人员使用了一种名为CHIME(加拿大氢强度测绘实验射电望远镜)的快速射电暴探测设备来发现这两个射电暴。自2020年以来,该设备已经探测到数千个快速射电暴。
“这是揭开一个深邃宇宙谜团的重要一步”,所有四项研究的作者之一瑞安·麦金文在一份声明中表示,“快速射电暴无处不在,然而它们的真实性质在很大程度上仍然未知。我们对它们起源的每一项新发现都为探索宇宙的动态打开了一扇新的窗口。”
随着科学家们逐渐揭开快速射电暴多样起源的更多细节,他们离理解这些脉冲最初是如何产生的也越来越近。
“闪烁”的起源故事
2022年,当CHIME首次探测到名为FRB 20221022A的快速射电暴那标志性的短暂闪光时,引起了一个国际研究团队的关注。这台射电望远镜由四个大型半管状接收器组成,位于不列颠哥伦比亚省的彭蒂克顿附近。
该射电暴仅持续了2.5毫秒,亮度与其他快速射电暴相同。但其显著之处在于,该射电暴释放的光高度偏振,这意味着无线电波主要沿着特定的轨迹传播,在这种情况下,传播方式呈现出一个平滑的S形曲线。
无线电波的发射模式表明,发射射电暴的位置正在旋转,这让研究团队想起了磁星,即高度磁化且旋转的中子星,会释放无线电波。长期以来,科学家一直认为中子星(大质量恒星爆炸后留下的超致密核心残余物)是快速射电暴的起源。
当团队追踪无线电波时,他们发现该射电暴源自一个距地球约2亿光年的星系。研究团队于1月1日在《自然》杂志上发表的研究报告中分享了这一研究结果。但天文学家们希望更进一步,确定无线电信号在星系中的确切位置。发表在同一期《自然》杂志上的研究结果为中子星产生快速射电暴提供了额外支持。
为了解释快速射电暴是如何形成的,科学家们提出了两种相互竞争的理论。
“流行的中子星起源模型基本上可以分为两类:一类认为信号是在恒星的磁场环境中形成的,另一类则认为信号是在离恒星更远的地方形成的,由恒星发射的冲击波驱动,”麦金文说道。他是追踪FRB 20221022A至一个星系的研究的主要作者,也是配套研究的合著者。他是蒙特利尔麦吉尔大学物理学系的博士研究生。
为了确定哪种情况适用于FRB 20221022A,研究团队寻找了闪烁现象,即当来自小而明亮的天体(如恒星)的光穿过星系的星际介质(气体)时产生的闪烁效应。天体越小或越远,其闪烁就越明显,麻省理工学院卡夫利博士后研究员、配套研究的主要作者肯齐·尼莫博士说道。
尼莫表示:“我们发现这个快速射电暴表现出‘闪烁’,就像夜空中的恒星闪烁一样,观察到这种闪烁表明,快速射电暴产生的区域必须非常小。”
该射电暴的闪烁模式表明,它起源于其源头的附近区域,而不是属于冲击波的更大、更远的区域。
尼莫的团队将该射电暴的爆炸源头定位在距旋转中子星约10000公里的磁层,这是一个磁场活跃的区域。研究人员表示,这一距离小于纽约到新加坡的距离。
在距地球2亿光年远的地方,将这样一个恒星周围的小区域放大“就像能够测量月球表面DNA双螺旋的宽度一样,DNA双螺旋的宽度约为2纳米”,麻省理工学院物理学副教授吉良清司在一份声明中表示。吉良是两项《自然》研究的合著者。
“快速射电暴一定来自中子星周围极度磁性的环境,中子星是宇宙中最极端的环境之一”,尼莫说道。
这一发现是天文学家首次确定快速射电暴可以在中子星(一种已知磁场最强的天体)的附近区域产生。研究人员仍在努力弄清楚射电暴是如何从充满致密等离子体(或高度带电气体)的恒星磁场中爆发出来的。
吉良表示:“在这些被称为磁星的高度磁性中子星周围,原子无法存在——它们会被磁场撕裂,令人兴奋的是,我们发现这些磁场中储存的能量在靠近源头的地方发生扭曲和重新配置,从而以无线电波的形式释放出来,我们在宇宙的一半距离上都能看到这些无线电波。”
尼莫表示,未来对快速射电暴的闪烁进行测量和分析可能是天文学家更好地理解快速射电暴的一种方法。
内华达大学拉斯维加斯分校物理学和天文学系杰出教授冰张(Bing Zhang,音译)多年来一直致力于研究快速射电暴起源点的建模,并看到了许多观测线索表明磁层可能是根本原因。冰张没有参与任何新的研究。
“然而,尼莫等人提出的闪烁结果对发射区域的尺度给出了直接限制……提供了非常有力的证据,证明快速射电暴发射来自磁星的磁层”,冰张在一封电子邮件中表示。
西北大学温伯格文理学院物理学和天文学副教授、CHIME合作成员(未参与两项《自然》研究)文霈菁(Wen-fai Fong,音译)表示,她认为这项研究提供了“迄今为止最有力的观测证据,证明快速射电暴的发射源自中子星表面附近”。
“然而,我们从中学到的是,宇宙喜欢给我们惊喜”,文霈菁在一封电子邮件中表示,“我们在这一群体中发现了极大的多样性,而且可能是每一个都有其独特的(独一无二的)特点。”
而这种多样性正是文霈菁和她的合作者在研究另一个快速射电暴时发现的。
古老星系中的生命迹象
包括两项《自然》研究作者在内的CHIME合作团队的天文学家们惊讶地发现,一个新的快速射电暴(编号为FRB 20240209A)于2024年2月爆发,并在截至7月期间产生了另外21个脉冲。这个射电暴是周二发表在《天体物理学期刊通讯》上的两项互补研究的主题。
其中六个脉冲是由距CHIME 466公里的一个支线望远镜探测到的。支线望远镜是CHIME的缩小版,可以帮助天文学家精确定位快速射电暴在夜空中的起源位置。
研究团队将这个重复的快速射电暴追踪到距地球20亿光年的一个有着113亿年历史的星系边缘。然后,研究人员使用夏威夷的W.M.凯克天文台和双子座天文台的望远镜,发现了这个古老、死寂(没有新星形成)星系的更多细节。
“它似乎是迄今为止质量最大的快速射电暴宿主星系”,其中一项研究的主要作者、西北大学天体物理学与宇宙学跨学科研究中心(CIERA)的NASA爱因斯坦研究员塔拉内·埃夫特哈里说道,“它是目前存在的一些质量最大的星系之一。”
但追踪FRB 20240209A回到其源头显示,该射电暴起源于星系边缘几乎没有恒星存在的区域,距星系中心约13万光年。
“在快速射电暴群体中,这个快速射电暴位于其宿主星系中心最远的位置”,配套研究的主要作者、麦吉尔大学物理学博士研究生维什万吉·沙阿在一份声明中表示,“这既令人惊讶又令人兴奋,因为快速射电暴预计会在星系内部产生,通常在恒星形成区域。这个快速射电暴位于其宿主星系如此遥远的地方,这引发了人们关于在没有新星形成的区域如何会发生如此高能量的事件的疑问。”
在此之前,科学家们仅追踪到一个快速射电暴位于星系的边缘。该快速射电暴于2022年2月被描述,位于距地球1,200万光年的梅西耶81星系边缘的一个恒星群(球状星团)中。
同为CIERA成员的文霈菁表示,她认为FRB 20240209A可能是那个事件的孪生体,这促使天文学家重新思考快速射电暴的形成位置和方式。
根据研究作者的说法,在已经追踪到星系的近100个射电暴中,大多数可能是由磁星引起的。磁星通常是在大质量恒星以“核心坍缩”超新星的形式爆炸时形成的,或者是由引力触发恒星自行坍缩而形成的。
但研究人员表示,FRB 20240209A可能来自一个密集的恒星群,在那里,磁星可能由两颗中子星合并,或者一个死亡的白矮星自行坍缩而形成。
由沙阿领导的团队已提交了一份提案,申请使用詹姆斯·韦伯太空望远镜进行后续观测,以查看快速射电暴起源附近是否有恒星群。