2022-02-18 08:02

天文学家已经追踪到我们银河系中的一个神秘无线电波的源头

The Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), pictured here, helped pin down the mysterious signals.

近十年来,来自外太空的神秘闪光一直困扰着射电天文学家。无线电波的爆炸只持续几千分之一秒,而且它们似乎来自数十亿光年之外的星系——太远了,无法看清是什么在形成它们。迄今为止,研究人员已经探测到大约120次这样的“快速射电暴”,并提出了近一半的解释。理论家们提出了各种各样的想法,包括奇异恒星的坍塌、中子星撞入黑洞,甚至是外星文明利用能量束推动星际飞船。

现在,他们可能终于有了答案。

今年4月,研究人员在银河系发现了一个类似的射电闪光,就在我们的银河系附近。一组望远镜接收到强烈的无线电波脉冲,伴随着更强的x射线爆发,这些射线都来自同一个地方:一颗被称为磁星的高磁坍缩恒星。今天发表在《自然》杂志上的一系列论文对这一事件进行了描述,首次将神秘的射电爆炸与宇宙中最极端的一类物体之一的已知成员联系在一起。

拉斯维加斯内华达大学的天体物理学家张兵说:“在这之前,我们一直在猜测、猜测、猜测。”张兵曾发表过一篇论文,回顾了可能的快速射电暴(FRB)源。“这个能告诉我们它来自哪里。”

消息震动了整个射电天文学世界出去今年4月28日上午,当加拿大氢映射强度实验(一致)——射电望远镜,最近寻找FRBs-picked强大的无线电信号来自一个密集的对象已知喷涌x射线。它的亮度还没有达到FRB的水平,但似乎有足够的能量值得再看一遍。CHIME团队发出了一个被称为“天文学家电报”的通知,通知社区。

许多团队都听到了编钟的声音,但只有一个团队拥有定制的仪器。加州理工学院的研究生克里斯·博切内克(Chris Bochenek)领导了一项专门研究附近的射电暴的任务,该任务被称为瞬态天文射电发射巡查2 (STARE2)。Bochenek和他的团队设计了STARE2,希望渺茫。一方面,三个探测器网络相对便宜,每个探测器大约1.5万美元(更敏感的设备需要数千万美元)。当你寻找眩目的闪光时,你不需要眯着眼。但另一方面,他们希望等待很长时间。

“在(我们的)星系中发生FRB的想法是疯狂的,”他说。“如果按照票面价值计算,预计每50年左右就会发生一次。”

发现的时间要早得多。晨报的电报促使博切内克挖掘他的日常数据,他立即发现STARE2在同一时间同一地点记录了一个闪光。而STARE2的探测结果比CHIME(通过周边视觉捕捉脉冲)最初报告的亮度高出1000倍。那巨大的能量勉强使这一闪光成为银河系第一个貌似是FRB的闪光。

博切内克说:“那时我就僵住了。“这是它。这就是我们建造这个探测器的目的。”

世界各地的其他组织继续为这幅画添加新的细节。虽然只有CHIME和STARE2捕捉到了射电暴,但中国巨大的500米口径球面射电望远镜(FAST)从同一地点捕捉到了几十个随后的x射线和伽马射线耀斑。来源很清楚:一种被称为磁星的死星,大约3万光年远,基本上就在我们的家门口。

如果你需要在短时间内释放出巨大的能量,你很难找到比磁星更好的天体。它们是中子星的一个重复——中子星是在放弃并形成黑洞之前密度最大的物质形式。它们还拥有已知宇宙中最强大的磁场,大约比工程师能创造的最强磁场强10亿倍。

当你把一个太阳那么大的质量塞进一个城市那么大的磁铁里,任何变化都会产生戏剧性的后果。磁星和地球一样,其地壳可能会破裂和弯曲。当星震震裂地壳时,磁场可能会遭受类似的剧烈剧变。一个撕裂和重新形成的磁场可以直接发射无线电波,或者一个破裂的地壳可以发射类似于太阳耀斑的粒子爆发,这反过来会导致frb。

一次探测并不能证明所有的FRB都来自磁星,而且有很多奇怪的FRB模式看起来太复杂了,不可能来自单一的震动中子星。但4月28日的爆炸证实,这些物体可以解释一些(如果不是大多数的话)快速射电暴。“宇宙中有足够多的磁星。他们经常爆裂。他们可以制造足够多的快速射电暴,覆盖一切。

自4月以来,这颗友好的邻磁星(银河系中大约30颗磁星之一)已经发射了大约10多次无线电波。没有爆发能像4月28日的爆炸那样充满能量,而4月28日的爆炸比另一个星系已知的最弱的FRB昏暗30倍,但这些爆炸共同跨越了巨大的能量范围。这种多样性暗示,明亮的快速射电暴可能只是其他星系中隐藏的磁星活动中最可见的冰山一角。

“(这个范围)让我更有信心,”阿姆斯特丹大学的射电天文学家Kelly Gourdji说,他没有参与这项研究。“我们真的在弥合星系外射电源和银河系内射电源之间的差距。”

随着天文学家收集到更多的FRB探测,他们将试图弄清楚是否所有的暴爆发都是以类似的方式产生的。时髦的闪光可能来自时髦的磁星,就像中子星合并而不是坍缩恒星产生的磁星。如此细微的差别可能需要很多年才能辨别出来,但现在有了第一个本地案例,挑战似乎没有以前那么艰巨了。

“在此之前,我对寻找来源相当悲观,”张说,“但对于这次,我认为这个银河系FRB可能是线索。”