科学家再次确定不明快速射电暴来源,还能帮助研究星际间介质

天文学家们开始了解宇宙中最神秘的现象之一。

研究人员第二次确定了快速射电暴(FRB)的位置。FRB是一种超短时间的爆炸,这种爆炸在1毫秒内释放的能量相当于近一个世纪以来太阳释放的所有能量。

唯一一个先前被精确定位的射电暴被称为FRB 121102,这个射电暴是一种十分罕见的重复信号,在过去的几年里已经爆发了几十次。但这次新发现的爆炸属于更常见的“一次性”爆炸,6月27日的《科学》杂志发表了该次发现。这证明这些难以捉摸的猛兽其实是可以被追踪的,这可能会让天文学家最终找出它们的成因。

联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的凯斯·班尼斯特(Keith Bannister)是这项研究的主要作者,他在一份声明中说:“这是自2007年天文学家发现快速射电暴之后该领域一直在等待的重大突破。”(CSIRO是澳大利亚的国家科学机构。)

Bannister和他的同事使用澳大利亚平方公里阵列射电望远镜(ASKAP, Australian Square Kilometre Array Pathfinder)发现了这次FRB,平方公里阵列射电望远镜是一个由36个射电望远镜组成的网络,位于西澳大利亚州的CSIRO默奇森射电天文台。他们在2018年9月24日探测到这次爆炸,这场射电暴也因此得名——FRB 180924。(你现在也可能已经猜到,FRB 121102顾名思义就是在2012年首次被发现的。)

考虑到目前已知FRB的总数为85,这就已经足够令人兴奋了(其中只有两个是重复信号。)但是通过追踪FRB的源头,研究小组开辟了一个新的领域。

研究人员开发了一种新技术,这种技术可以在FRB爆炸电波击中ASKAP天线接收器不到300毫秒的时间内自动识别出FRB 180924。这种速度至关重要,因为团队需要访问的数据每隔3.1秒就会被覆盖一次。

然后,科学家们测量了FRB 180924到达36个ASKAP天线接收器的微小时间差异,精准度约为1/100纳秒。通过比较这些时间差异,他们可以以0.00002度的精度确定射电爆炸在天空中的来源——这相当于从650英尺(200米)外观察一条人类头发。

这个射电暴源位于一个名为DES J214425.25−405400.81的大星系的外围。人们对这个星系所知甚少,因此研究人员用夏威夷凯克II号望远镜、甚大望远镜和南双子座望远镜对其进行了光学观测(这两架望远镜都位于智利)。

CSIRO的澳大利亚阵列射电望远镜(ASKAP),位于西澳大利亚的CSIRO默奇森射电天文台。(图片来源:CSIRO/Dragonfly Media)

研究小组确定,DES J214425.25−405400.81大星系距离地球约36亿光年。此外,与产生FRB 121102的矮星(距离地球约30亿光年)相比,该星系的质量大约是后者的1000倍,而且形成恒星的活跃程度也远远低于FRB 121102的射电源来源。

FRB 121102位于它的母星系中心附近,那个区域很可能潜伏着一个超大质量黑洞。

班尼斯特通过电子邮件说,这些差异很重要,因为它们表明“FBB可以来自各种类型的星系和环境,它们似乎不需要非常特殊的条件就能发生。”

FRB 180924的位置也提供了一些导致FRB的神秘过程的线索。例如,班尼斯特说,超大质量黑洞首先就被排除,因为FRB 180924的来源与星系核心的距离非常大(13000光年)。

研究小组成员说,事实上,这项新研究可能会颠覆人们对FRB产生原因的认识。

发现的合著者、墨尔本斯文本理工大学的瑞安·香农(Ryan Shannon)通过电子邮件说:“为解释重复信号而建立的最佳爆发模型表明,它们(FRB)是由年轻的磁星(高度磁化的中子星)产生的。”

香农补充说:“这些磁星更倾向于在像FRB 121102这样的小矮星系里形成。这样的话,要么模型的标准需要放松,允许这种爆炸可以在多种环境中产生;要么产生爆炸可以有两种机制。”

(当然,FRB也有可能是由先进文明产生的。但这是一个很大的假设,这就像是外星人在召唤我们一样。)

随着越来越多的FRB被Bannister和他团队开创的方法所精确定位,这个模型将会变得越来越强大。除此之外,这一发现还有其他令人兴奋的意义。

举个例子,Bannister说,FRB传播所通过的气体全部都被编码在FRB的信号当中。FRB 180924的母星系的气体相对较少,因此那次爆炸的大部分编码信息其实都来自于星系间介质中的气体。

星系之间的气体很难研究,因为它不发光——但天文学家现在可能已经有一个可行的方法来观察它们了。

香农说:“我们已经证明,捕捉一次性射电暴从技术上来讲是可能的,而且它们是对星系间的介质来说还是一种很干净的探测手段。”

他补充说:“现在下一步是看看其他的一次性爆发是像FRB 180924(起源于大质量星系)那样,还是更像第一个重复信号那样。我认为他们会像FRB 180924那样,除此之外,我们还将能够打开一扇新的窗户,看到几乎看不见的宇宙网络。”

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