快速射电暴令人惊讶的源头

[ 录入者:Melipal | 时间:2017-01-05 22:09:00 | 作者:Melipal 译 | 来源:Sky & Telescope | 浏览:1334次 ]

原文标题:Astronomers Trace Fast Radio Burst to a Surprising Source

作者:Shannon Hall   原文来自:SkyandTelescope.com   Posted: 2017. 1. 4

编译:Melipal    审校:Linq(编译版权所有,未经许可请勿转载)

一个天文小组第一次将快速射电暴纳入了宇宙地图之中,以更好地确定其神秘的起源。

FRB 121102是一个在字面意义上持续赠与的礼物。这个射电源最初是在2012年11月2日被第一次探测到的,这次事件让它跻身所谓的快速射电暴之列。这是一种超级明亮而又极其短暂的射电波段爆发,有着神秘的起源。但与其只爆发一次然后复归暗夜的同类不同,FRB 121102闪耀了若干次,使得它成为了已知唯一重复发作的快速射电暴。

这一消息在去年成为了新闻头条。而现在,这些次的重复发作帮助天文学家最终将快速射电暴与其宿主星系联系在了一起。

这是一个被人期盼已久的发现,将帮助为这些谜样的爆发带来新的线索。来自西弗吉尼亚大学的萨拉·伯克—斯波拉奥(Sarah Burke-Spolaor)1月4日在美国天文学会的一次会议上说:“这次探测确实开启了科学发现新领域的大门。”

这张艺术概念图描绘了甚大天线阵的射电望远镜正在接收FRB 121102的信号。(图片提供:Danielle Futselaar

十年的搜索

第一起这类谜样事件是在2007年公布的。当时西弗吉尼亚大学的邓肯·洛里默(Duncan Lorimer)在澳大利亚帕克斯(Parkes)射电望远镜的存档数据中发现了一次爆发。让这起爆发(以及随后所有爆发)真正引人瞩目的是,它的辐射遍布射电宽频段,其中的低频辐射抵达时间较高频对应体为晚。这样的色散现象意味着,射电波在抵达地球之前已经穿行了大约30亿光年,这样这个远方的辐射源无论身份如何,都会是明亮得让人难以相信的。

而如果情况的确如此,那么快速射电暴可能是一类先前没有探测到的全新天文辐射源。这个想法本身就激起了天文学家最狂野的想象,带来了比观测到的爆发数量更多的理论文章。伯克—斯波拉奥说:“我们的确不清楚的事情不会每天都出现的。”

在此后的十年间,天文学家又探测到了18次其他的快速射电暴。考虑这样的事件每天可能会发生10000次之多,这个数字并不大。虽然每次爆发看上去都是河外起源的,信号在抵达地球之前穿越了遥远的距离,但天文学家没能精确地判定爆发源自何方——直到现在。

尝试,再次尝试

快速射电暴最流行的解释之一是,它们是一次性的事件,如双中子星的并合,或是坍缩的超新星。但当人们发现FRB 121102重复发作时,这种理论被抛弃了。

来自康奈尔大学的沙密·查特基(Shami Chaterjee)说:“这一发现一举排除了快速射电暴爆发性灾变事件的模型,原因是我们知道无论它的发生机制是什么,辐射源必然要幸存下来,产生接连的耀发。”至少对这个源而言是这样的。

天文学家猜测,罪魁祸首可能是旋转的中子星(或者是脉冲星)的某类强有力的爆发现象。问题在于,爆发看上去并不遵循周期性的模式,而这样的模式是规律旋转的天体预期应有的行为。

为了更好地缩窄爆发的源头,天文学家需要知道它来自何方,这不仅仅是说它在天空中的坐标,也有其在宇宙中的位置。虽然第一批观测数据让天文学家确定它出现在御夫座方向,但他们需要将其同某个星系联系起来。只有这时,他们才能更好地猜测如此古怪的爆发成因如何。

因此查特基和同事使用新墨西哥州的卡尔·G·央斯基甚大天线阵,希望能够在更大范围内捕获FRB 121102的另一起爆发。他们非常幸运地探测到了不仅仅一次,而且是9次的额外爆发,让他们可以以千分之一角秒的精度为其定位。这样的精度相当于满月直径的18000分之一。

而且这还不够。小组随后又使用欧洲的VIBI网(由遍布欧洲的射电天线组成的阵列)以及阿雷西博望远镜进一步确定它的位置。这发挥了作用。他们不仅仅确定出,爆发源自一个暗淡的斑块(比肉眼可见的最暗恒星还要暗上1亿倍),而且还与同样位置的一个持续的射电源重合。

不太可能的双重组合

使用夏威夷莫纳克亚山(Mauna Kea)北双子望远镜进行的后续观测揭示出,这个斑块实际上是25亿光年之外的一个矮星系。

双子望远镜拍摄的FRB 121102周边天区的合成图。座落在夏威夷莫纳克亚山的北双子望远镜拍摄了这个矮星系的图像,并使用双子多目标光谱仪(GMOS)进行了分光观测。(图片提供:Gemini Observatory / AURA / NSF / NRC)

来自荷兰射电天文学研究所的艾米莉·彼得罗夫(Emily Petroff)说:“这次的定位非常精准,因此对于宿主星系是没有疑问的。因此我们最终得到了一些答案!”彼得罗夫并未参与此项研究。

其中的一个答案是辐射源原本的亮度(对于快速射电暴而言,这样的计算是第一次)。这一结果最终证实了很多天文学家长期以来的猜测:爆发非常明亮,它们可能会推进已知物理的界限。伯克—斯波拉奥说:“只举一个例子,当这个爆发发作时,爆发的亮度显然超过了宿主星系中的所有恒星。这与一个活动星系核的光度相当,而后者是由特大质量黑洞的吸积驱动的。”

虽然FRB 121102的本质仍旧未知,但其宿主星系身为矮星系的事实提供了一些线索——对于认为快速射电暴起源于中子星的人来说,这是个让人失望的消息/由于星系本身并不拥有大量的恒星,而且大多数成员星看上去相对年轻,因此星系中可能不具备大量的中子星,这样中子星相关模型就不太可能了。

但如果你想找的是令人困惑的罪魁祸首,请不要担心。小组不仅指明了宿主星系,还发现了星系中一个邻近的持续射电源。虽然这二者之间确切的关联看上去还不清楚,但它们可能正在以某种途径发生着相互作用。其中一个理论认为,持续的射电源是一个将等离子体泡吹向宇宙空间的活动星系核,而泡体在被摧毁之前会闪耀较短的时间。这就是快速射电暴。由于星系可能会更新这些泡状结构,这样的现象会一再发生。

文章作者小心地指出,这只是个猜测。小组计划在哈勃空间望远镜接下来的观测中进一步对这个二重组合进行研究。同时,他们继续追逐着快速射电暴,希望能够在未来几年中发现更多重复的爆发,并为更多的事件定位。伯克—斯波拉奥说:“我敢说,每座重要的天体物理天文台都在追踪着这种现象。”

参考文献

S·查特基等人,,《自然》,2017年1月5日

(全文完)

Tags:射电暴 宿主星系

责任编辑:Melipal

本周热点

在新窗口打开 实际大小 关闭 鼠标滚轮缩放图片

loading.