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神秘的宇宙快速射电暴来源是它?中美加联手破案

去年年初,15亿光年外一个闪了6次的无线电信号曾引发公众关于外星生命的遐想。

这类快速射电暴(FRB)之所以扑朔迷离,是因为它们来自遥远的银河系外,而且出现时间短暂,难以追踪。

北京时间11月5日零时,世界顶级学术期刊《自然》上同期发表的三篇论文联手锁定了一个对象:银河系内的一颗磁星。加拿大CHIME望远镜、美国STARE2望远镜和中国“天眼”FAST望远镜各自完成了一部分拼图。

科学家们对这颗磁星在2020年4月28日的短暂爆发进行了不同侧面的分析。他们认为,如果把它推远到银河系外,发出的信号会非常像此前探测到的快速射电暴。

美国内华达大学拉斯维加斯分校特聘教授张冰在一篇综述文章中总结道:“磁星至少是制造一部分——甚或可能是全部快速射电暴的‘发动机’。”其他快速射电暴源不是必需的,但也没有被排除。

快速射电暴

射电通常也被称为无线电,是一种光波,在宇宙中广泛存在,能量远低于我们最熟悉的可见光。脉冲星就是一种著名的射电源,这种致密星体在旋转过程中有规律地向地球传递光波,一度被人视作外星文明的讯息。如今,脉冲星的谜团虽已揭开,宇宙中还有许多尚未明确源头的射电信号。

快速射电暴(FRB)就是一种物理起源尚不明确的银河系外射电束,持续时间通常只有几毫秒。一个持续5毫秒的明亮射电暴在2001年8月抵达澳大利亚的Pakes望远镜,但直到2007年才被美国西弗吉尼亚大学天文学家邓肯·福利莫(Duncan Lorimer)确认为一种新的天体物理信号,而非设备故障。

从那以后,学界一共接收到数十个类似的快速射电暴,集中有极少数是重复快速射电暴,即“闪”了不止一次。

关于神秘的重复快速射电暴的来源,科学家们也有诸多猜测。2018年1月的一项研究显示,荷兰团队在阿雷西博天文台对当时唯一已知的重复快速射电暴的16次爆发进行了分析,推算其源头位于磁场强度极大、温度极高的环境中,与超大质量黑洞的周边类似。荷兰科学家怀疑那是一颗位于上述环境中的中子星。

哈佛大学理论物理学家Avi Loeb则抛出过一个颇为吸引眼球的“外星光帆”理论:据他计算,如果高级的外星文明利用激光加速“光帆船”进行星际穿越,产生的信号正好会与人类观测到的快速射电暴相似。不过,他的计算并未在学界得到广泛认同。

其余猜测还有黑洞蒸发、低亮度的活动星系核等。

磁星的爆发

拥有极强磁场的年轻中子星——磁星,在围绕快速射电暴的一团迷雾中逐渐显露身形。

我们银河系内和邻近的麦哲伦星云中已知有约30颗磁星,它们偶尔会制造出巨大的X射线和伽玛射线爆发,其中有5颗释放过短暂的射电脉冲。

不过,相比起此前探测到快速射电暴,这些磁星的射电脉冲亮度太低了,差了好几个数量级。这是天文学家们无法敲实磁星就是快速射电暴的主要原因。

CHIME望远镜

“这样的爆发如果发生在邻近星系中,就难以和一个典型的快速射电暴区分开了。”论文写道。不过,如果要解释那些最明亮的快速射电暴,科学家们还需要更高能量、更活跃的来源——比如更加年轻的磁星。

中国“天眼”FAST

张冰和同事也报道了中国500米口径球面射电望远镜(FAST)对这一天空区域的监测结果。虽然中国的望远镜没有观测到FRB 200428,但它记录下了名为短γ射线暴的极高能爆发。张冰和同事的结论是,与短γ射线暴有关的快速射电暴非常罕见,可能在极端条件下才会满足。这有助于我们了解引起快速射电暴的背后物理事件。

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