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一個宇宙射電暴信號閃了千分之一秒,科學家定位到它的母星系
文/第一白銀網 來源:澎湃新聞 06-28 09:15
摘要 時間倒撥回2018年9月24日,一個無線電信號快速地劃過宇宙,被澳大利亞的SKA探路者望遠鏡捕捉到。盡管它只閃了千分之一
時間倒撥回2018年9月24日,一個無線電信號快速地劃過宇宙,被澳大利亞的SKA探路者望遠鏡捕捉到。盡管它只閃了千分之一秒,經過幾個月的努力,科學家們還是定位到了發出光波的星系,遠在40億光年之外。

澳大利亞國家望遠鏡設施的科學家主導了這項發現,相關論文于北京時間6月28日凌晨發表在頂級學術期刊《科學》上。這是人類成功定位的第二個快速射電暴,也是第一個單次快速射電暴。此前,科學家們唯一追溯到源頭的是一個閃了150次的重復快速射電暴,其難度差異可想而知。

無線電通常也被稱為射電,本質上是一種光波,在宇宙中廣泛存在,只是能量遠低于我們最熟悉的可見光。脈沖星就是一種著名的射電源,這種致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,脈沖星的謎團雖已揭開,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Parkes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。

一個宇宙射電暴信號閃了千分之一秒,科學家定位到它的母星系

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

從那以后,學界一共接收到了數十個類似的快速射電暴,其中只有2個“閃了不止一次”。2012年,天文學家首次發現一例重復的快速射電暴,并在2017年確定了信號源位于約25億光年外的一個矮星系,可能是一顆具有強磁場的中子星發出的。

2018年,加拿大氫強度繪圖實驗望遠鏡(CHIME)在兩個月內探測到13個全新的快速射電暴,其中1個為重復信號。

“順風耳”+“千里眼”

主導此次發現的澳大利亞科工組織科學家基斯·巴尼斯特(Keith Bannister)表示,定位一閃而逝的單次快速射電暴極具挑戰性。

這次,由36個天線組成的SKA探路者望遠鏡在2018年9月接受到快速射電暴信號后,澳大利亞團隊利用每個電線接受到信號的時間差來確定射電暴的母星系方位。信號本身只持續了千分之一秒,其中的時間差更是精微,大約是幾十萬分之一秒。

一個宇宙射電暴信號閃了千分之一秒,科學家定位到它的母星系

位于西澳的SKA探路者望遠鏡

定位到一個距離地球約40億光年的中等星系后,,澳方與位于智利和夏威夷的雙子座望遠鏡、凱克望遠鏡和甚大望遠鏡合作觀察該中等星系,分析快速射電暴的距離和其他特征。聯合觀察發現,該母星系比孕育2012年那個重復射電信號的矮星系要明亮,射電光波產生于遠離母星系核心的“郊區”位置。

一個宇宙射電暴信號閃了千分之一秒,科學家定位到它的母星系

雙子座望遠鏡方面的負責人尼古拉斯·特約斯(Nicolas Tejos)介紹道,SKA探路者望遠鏡提供了二維的坐標,而雙子座、凱克和甚大望遠鏡完成了三維上的拼圖。

可以理解為,SKA探路者望遠鏡作為一架射電望遠鏡,更像一個“順風耳”,能敏銳地聆聽到輕微的信號。而雙子座等光學及紅外望遠鏡更像幾只“千里眼”,負責對準信號方位后拉近焦距,呈現清晰的圖像。

一個宇宙射電暴信號閃了千分之一秒,科學家定位到它的母星系

“順風耳”+“千里眼”合作定位

定位快速射電暴對科學家們理解它們的起源至關重要。什么現象能在如此短的時間內產生巨大的能量?

哈佛大學理論物理學家艾維·略伯(Avi Loeb)曾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,他的計算并未在學界得到廣泛認同。

現有的主流理論大多指向了大型致密天體,例如黑洞、強磁場中子星、高度活躍的星系內核等。知道了射電暴的位置,科學家們就能判斷出那里是否有天體正在形成、演化、碰撞或者毀滅,即使不能完全解釋快速射電暴的產生,起碼也能排除掉一些理論模型。

一個宇宙射電暴信號閃了千分之一秒,科學家定位到它的母星系

此次的射電暴來自一個年輕的明亮星系的邊緣,如果這個位置沒有高強度的恒星誕生過程,可能信號來自一顆老邁的中子星

單次快速射電暴比重復快速射電暴更為常見,掌握了定位單次快射電暴的方法,天文學界不僅離揭曉這種神秘信號的廬山真面目越來越近,未來更有望增添一個研究宇宙的新工具。

“正如幾十年前首次探測到伽瑪暴,或者不久前探測到引力波,我們站在一個激動人心的新時代節點上,即將揭秘快速射電暴的來源。”澳大利亞亞麥格里大學的斯圖爾特·萊德(Stuart Ryder)說道:“我們計劃用快速射電暴當做宇宙探測器,就像用伽瑪暴來探測類星體和超新星一樣。”

一個宇宙射電暴信號閃了千分之一秒,科學家定位到它的母星系

比如,這個探測器會幫助破解宇宙中“消失的重子”之謎。科學家們觀測得到目前宇宙中的重子數量,大約只有計算得到的100億年前重子數量的一半。如果得到大量定位好的快速射電暴母星系的樣本,天文學家就可以給宇宙做CT,建立星系網絡的三維地圖,尋找消失的重子。
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