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神秘的宇宙快速射電暴來源是它?中美加望遠鏡聯手破案

科學 澎湃新聞

去年年初,15億光年外一個閃了6次的無線電信號曾引發公眾關於外星生命的遐想。

這類快速射電暴(FRB)之所以撲朔迷離,是因為它們來自遙遠的銀河系外,而且出現時間短暫,難以追蹤。

北京時間11月5日零時,世界頂級學術期刊《自然》上同期發表的三篇論文聯手鎖定了一個對象:銀河系內的一顆磁星。加拿大CHIME望遠鏡、美國STARE2望遠鏡和中國“天眼”FAST望遠鏡各自完成了一部分拼圖。

科學家們對這顆磁星在2020年4月28日的短暫爆發進行了不同側面的分析。他們認為,如果把它推遠到銀河系外,發出的信號會非常像此前探測到的快速射電暴。

美國內華達大學拉斯維加斯分校特聘教授張冰在一篇綜述文章中總結道:“磁星至少是製造一部分——甚或可能是全部快速射電暴的‘發動機’。”其他快速射電暴源不是必需的,但也沒有被排除。

快速射電暴

射電通常也被稱為無線電,是一種光波,在宇宙中廣泛存在,能量遠低於我們最熟悉的可見光。脈衝星就是一種著名的射電源,這種緻密星體在旋轉過程中有規律地向地球傳遞光波,一度被人視作外星文明的訊息。如今,脈衝星的謎團雖已揭開,宇宙中還有許多尚未明確源頭的射電信號。

快速射電暴(FRB)就是一種物理起源尚不明確的銀河系外射電束,持續時間通常只有幾毫秒。一個持續5毫秒的明亮射電暴在2001年8月抵達澳大利亞的Pakes望遠鏡,但直到2007年才被美國西弗吉尼亞大學天文學家鄧肯·福利莫(Duncan Lorimer)確認為一種新的天體物理信號,而非設備故障。

從那以後,學界一共接收到數十個類似的快速射電暴,集中有極少數是重複快速射電暴,即“閃”了不止一次。

關於神秘的重複快速射電暴的來源,科學家們也有諸多猜測。2018年1月的一項研究顯示,荷蘭團隊在阿雷西博天文臺對當時唯一已知的重複快速射電暴的16次爆發進行了分析,推算其源頭位於磁場強度極大、溫度極高的環境中,與超大質量黑洞的周邊類似。荷蘭科學家懷疑那是一顆位於上述環境中的中子星。

哈佛大學理論物理學家Avi Loeb則拋出過一個頗為吸引眼球的“外星光帆”理論:據他計算,如果高級的外星文明利用激光加速“光帆船”進行星際穿越,產生的信號正好會與人類觀測到的快速射電暴相似。不過,他的計算並未在學界得到廣泛認同。

其餘猜測還有黑洞蒸發、低亮度的活動星系核等。

磁星的爆發

擁有極強磁場的年輕中子星——磁星,在圍繞快速射電暴的一團迷霧中逐漸顯露身形。

我們銀河系內和鄰近的麥哲倫星雲中已知有約30顆磁星,它們偶爾會製造出巨大的X射線和伽瑪射線爆發,其中有5顆釋放過短暫的射電脈衝。

不過,相比起此前探測到快速射電暴,這些磁星的射電脈衝亮度太低了,差了好幾個數量級。這是天文學家們無法敲實磁星就是快速射電暴的主要原因。

“破案”的契機出現在2020年4月28日。加拿大的CHIME望遠鏡和美國的STARE2望遠鏡都探測到了來自天空中同一區域的一個射電爆發信號。CHIME團隊發現這個信號FRB 200428源自銀河系內的一顆已知磁星——SGR 1935+2154,且極其明亮,能量比此前探得的磁星射電爆發要高上三個數量級。

神秘的宇宙快速射電暴來源是它?中美加望遠鏡聯手破案

CHIME望遠鏡

“這樣的爆發如果發生在鄰近星系中,就難以和一個典型的快速射電暴區分開了。”論文寫道。不過,如果要解釋那些最明亮的快速射電暴,科學家們還需要更高能量、更活躍的來源——比如更加年輕的磁星。

STARE2團隊得出了相同的結論,他們認為,雖然這個信號的能量只有迄今觀測到的最弱河外快速射電暴的三十分之一,但是,像這樣的活躍磁星是可以在河外距離產生快速射電暴的。與射電信號同時產生的X射線爆發信號也很符合由磁星爆發產生電磁脈衝的理論模型。

神秘的宇宙快速射電暴來源是它?中美加望遠鏡聯手破案

中國“天眼”FAST

張冰和同事也報道了中國500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)對這一天空區域的監測結果。雖然中國的望遠鏡沒有觀測到FRB 200428,但它記錄下了名為短γ射線暴的極高能爆發。張冰和同事的結論是,與短γ射線暴有關的快速射電暴非常罕見,可能在極端條件下才會滿足。這有助於我們瞭解引起快速射電暴的背後物理事件。

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