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“中國天眼”再立功 快速射電暴揭秘又進一步

2022-09-22 09:55
來源:科技日報

在廣袤的宇宙中,偶然會有一股射電暴襲來,僅僅閃現幾個毫秒。究竟是誰發出了這些射電暴?它們到底包含了什么信息?過去十幾年,天文學家一直在探尋真相。

依托“中國天眼”(FAST),我國科研人員對重復快速射電暴FRB20201124A的近2000次爆發進行了觀測,獲得了迄今為止最大的快速射電暴偏振觀測樣本。他們發現這個快速射電暴處于一個非常復雜的動態演化的強磁場環境中,并首次探測到快速射電暴周圍1個天文單位(即太陽到地球的距離)內的磁場變化。這些發現表明,FRB 20201124A非常活躍,它可能來自一個雙星系統,該研究朝著確定快速射電暴的產生機制邁出關鍵一步。相關成果9月21日在線發表于《自然》和《自然·通訊》雜志。

快速射電暴是廣袤宇宙中的一種射電劇烈爆發現象。它持續時間極短,通常只有幾毫秒。

可別小瞧這幾毫秒的閃現。雖然它存在的時間非常短,但能量特別高。在這幾毫秒的時間里,它可以把地球上幾百億年的發電量,完全以射電波的形式釋放掉。

2007年發現首個快速射電暴以來,天文學家已經發現了數百個來自廣袤宇宙的快速閃光。然而,“快速射電暴的起源和能源機制卻是當今天文學最大的謎題之一,科學家對此一直爭論不休。”北京大學/中科院國家天文臺研究員李柯伽強調。

最初,天文學家探測到的快速射電暴主要來自銀河系外。2020年,天文學家探測到了來自銀河系磁星(即磁場特別強的中子星)的快速射電暴。“這表明,有些快速射電暴起源于磁星,但那些來自銀河系外的快速射電暴的起源依然未知。同時,快速射電暴雖然有大量射電波段的觀測資料,但長期以來天文學界對其核心區域的直接觀測仍然很少。”李柯伽坦言。

利用FAST,研究團隊對FRB20201124A進行了長期監測。“我們在54天的82小時觀測中,測到了來自這個快速射電暴的1863個爆發脈沖信號,它的高爆發率使其成為最活躍的幾個重復暴之一。”李柯伽說。

研究團隊通過對這個快速射電暴的深度觀測,取得若干重要發現,均屬于國際首次。

他們“拍攝”到了快速射電暴的法拉第旋轉量動態演化的“電影”。“法拉第旋轉量可以幫助我們測量宇宙環境中的磁場強度。”李柯伽解釋說。他們首次發現了法拉第旋轉量的奇異演化行為,即在前36天里法拉第旋轉出現了無規律的短期變化,而在隨后的18天里幾乎不變。

同時,研究團隊首次發現了快速射電暴的猝滅現象,即FRB 20201124A前期一直保持著高爆發率,然后在74小時內突然熄滅。對此,李柯伽解釋說:“我們一直以每隔一天或者兩天、每次一兩個小時的觀測頻率持續觀測該快速射電暴,突然有一天這個快速射電暴就看不到了,之后繼續觀測了15天也沒有發現它的信號。它突然消失距離上次觀測正好74小時。”

“我們還首次測到快速射電暴偏振度隨電磁波波長振蕩的現象。這些現象都說明在這個快速射電暴周圍一個日地距離內的環境是非常復雜且在動態演化著的。”李柯伽說。

此外,通過國際合作,研究團隊利用美國10米凱克光學望遠鏡,對這個快速射電暴的宿主星系進行了深度觀測。共同通訊作者、北京大學教授東蘇勃說,他們發現其宿主星系是一個約銀河系大小、富金屬的棒旋星系。

更重要的是,研究人員還發現,這個快速射電暴所在區域的恒星密度較低,與星系中心距離不遠不近。

“我們認為,這個環境與大質量恒星極端爆炸導致的超亮超新星模型不符,也與伽馬射線暴后形成的年輕磁星模型不相符合。”李柯伽說,這為快速射電暴起源研究提供了新認識。

這一快速射電暴到底所來何處?《自然·通訊》一文的第一作者和通訊作者、南京大學教授王發印表示,他領銜的團隊首先發現了FRB 20201124A周圍的磁場改變了方向,“該現象與銀河系內PSR B1259-63/LS 2883雙星相似,所以我們認為,FRB 20201124A可能產生于磁星和Be星(比太陽更熱、更大、旋轉更快的恒星)組成的雙星系統。”

在王發印團隊建構的模型中,法拉第旋轉量的演化由快速射電暴輻射穿過Be星盤產生,當磁星運動到Be星和觀測者之間時,FRB 20201124A周圍的磁場改變了方向。

“這項研究為解釋快速射電暴的起源提供了重要線索,即一部分快速射電暴可能起源于雙星系統。”王發印說。(記者 陸成寬 金 鳳)

責任編輯:王靜

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