首次探測到銀河系內快速射電暴 或揭示起源線索
2020年07月08日10:18

  銀河系內探測到的首個快速射電暴來自一顆磁化恒星,它或能幫助解釋一些宇宙謎團。

磁陀星(magnetar)的藝術概念圖。來源:ESO/L。 Calçada
磁陀星(magnetar)的藝術概念圖。來源:ESO/L。 Calçada

  四月末,在不到一秒的時間里,銀河系一顆高度磁化的恒星突然迸發出射電能量。現在,科學家認為這次突然的奇怪光閃或能解釋天文學最大的謎團之一:究竟是什麼力量激發了宇宙深處發現的其他上百個神秘的快速射電暴(fast radio burst,FRB)?

  這顆恒星名為SGR 1935+2154,是一顆磁陀星。磁陀星本質上是超新星爆發後的緻密自旋殘留,外部被超強磁場包圍。許多天文學家認為,快速射電暴這種只持續幾毫秒的短促而強烈的宇宙連閃來自磁陀星,但一直無法證明兩者之間的聯繫。

  “我不會說我們已經蓋棺定論了,斷定快速射電暴就是來自磁陀星。”荷蘭阿姆斯特丹大學的天文學家Emily Petroff表示說,“但這是我們迄今發現的最可觀的證據。”

  這是首次在銀河系中探測到快速射電暴。這段時間里,arXiv預印本服務器上湧現了一大批描述該現象的初步論文。

  在此之前,已知離我們最近的快速射電暴發生在離地球約1.5億秒差距(4.9億光年)的位置。而這顆磁陀星位於我們銀河系內,距離地球只有10000秒差距,足以讓天文學家近距離領略它的高能閃動。“這次的爆發很接近宇宙快速射電暴的那種驚人強度,但是離我們沒有那麼遙遠。”美國西維珍尼亞大學的天文學家Burke Spolaor說,“這個機會太難得了,我們至少發現了快速射電暴的一個潛在起源。”

  錫盤望遠鏡

  這場“秀”開始於4月27日,當時包括NASA的尼爾·格雷爾斯雨燕天文台(Neil Gehrels Swift Observatory)在內的許多衛星都發現了來自SGR 1935+2154的γ射線流。銀河系已知約有30顆磁陀星,SGR 1935+2154是其中之一;這些磁陀星偶爾會突然活動,期間釋放出不同波長的輻射。次日,“加拿大氫強度測繪實驗”(Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment,CHIME)射電望遠鏡在其視場側面探測到了巨大的射電閃光——正好來自這顆磁陀星的所在點。

  CHIME團隊一直期盼著能探測到來自SGR 1935+2154的射電輻射,但他們本來以為這種射電脈衝會很弱。沒想到的是,“我們接收到的輻射比我們想的更讓人激動。”主持分析工作的多倫多大學天文學家Paul Scholz說。

  第二支研究團隊更加走運,他們捕捉到了這次強烈暴發的全過程。STARE2射電望遠鏡由低科技的天線組成——每根天線都有一根金屬管並連著兩個錫盤——兩個位於加利福尼亞州,一個位於猶他州。STARE2從去年開始執行巡天任務,一直希望能捕捉到銀河系中類似快速射電暴的現象。4月28日,它不負眾望地探測到了和CHIME發現的一樣的射電脈衝。參與STARE2項目的加州理工學院研究生Chris Bochenek說:“我太激動了,我用了一點時間才打開數據檢查,確保我不是在做夢。”Bochenek的聯合導師、加州理工學院天文學家Vikram Ravi說:“Chris在Slack上給我留言,他激動之下還爆了粗口。”

  小宇宙爆發

  這是迄今發現的首個來自銀河系磁陀星的最明亮的暴發,或能為弄清楚宇宙其他位置的快速射電暴的起源提供線索。

  磁陀星自旋速度很快,擁有極強的磁場。它的能量如此充沛,自然可以產生暴發。關於這類暴發的起源,一種看法是磁陀星內部可能發生了某種活動,比如對應地震的“星震”,導致星球表面破裂,能量噴薄而出。另一種可能是磁陀星周圍的高磁化環境在某種情況下產生了暴發。

  通過研究來自SGR 1935+2154的射電暴,以及同時暴發的其他波長的光,天文學家或許能縮小這些可能的範圍,德國馬克斯·普朗克射電天文學研究所天文學家Laura Spitler說。許多衛星還探測到了來自該磁陀星的X射線暴,發生時間與射電輻射差不多。這也是天文學家第一次在其他波長上探測到這些信號;正是因為這顆磁陀星離地球很近,我們才有機會發現這些信號。

  不過,還是有一些謎團沒有解開。比如,與4月28日的暴發相比,在遙遠星系發現的快速射電暴的能量是前者的1000倍左右。此外,部分遙遠的暴發還會有間隔地重複,這些都是磁陀星起源無法簡單解釋的現象。Petroff說,也許有一部分快速射電暴是來自磁陀星,但不是全部。

  無論如何,天文學家還是想要探測到更多的快速射電暴——不管遠的近的。“每個射電暴都能照亮我們與它源頭之間的所有物質。”阿姆斯特丹大學的天文學家Jason Hessels說。科學家已經開始利用這些信息,繪製宇宙中物質的分佈地圖。

  Hessels說:“儘管這或多或少已經回答了射電暴起源的問題,但是這個領域的未來仍舊讓人充滿期待。”

  來源:Nature自然科研

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