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天文学家首次揭示神秘“快速射电暴”起源线索

来源: 神秘的地球
时间:2015年12月04日

在穿过星际物质的过程中,不同波段的信号抵达地球的时间有微小差异

在穿过星际物质的过程中,不同波段的信号抵达地球的时间有微小差异

(神秘的地球报道)据腾讯太空:快速射电暴(FRBs),遥远宇宙中突然出现的短暂而明亮的无线电波爆发,从近十年前首次被报告,就一直让天文学家感到困惑。这些神秘的事件只有少数几起得到确凿的证认,但是此前的观测没有多少细节可以揭示它们到底如何发生,甚至到底在哪里发生。

分析了近700个小时的美国国家科学基金会(NSF)绿堤望远镜(GBT)存档数据后,一组天文学家已经发现了一个迄今为止包含最多细节的快速射电暴事件。这些新分析的数据,其中同时包括线偏振和圆偏振数据,表明这一爆发发生在高度磁化的区域内,有可能是一个近期的超新星,或活跃的恒星形成星云。

“我们现在知道,来自这一快速射电暴的电波在发出后不久就穿过了一个高密度的磁化区域。这显著缩小了爆发的位置和原因的可能性,”《自然》杂志论文的主要作者、加拿大不列颠哥伦比亚大学(UBC)的天文学家増井清说。 “做出这一分析的关键是,这一爆发有记录非常完整的偏振数据。这是第一次有这样详细的快速射电暴数据。”

偏振是光波的电场振动的方向。正是光的这种特性,使偏光太阳镜能够减弱太阳光,并在3-D电影中使观众获得立体感。

快速射电暴是用射电望远镜探测到的来历不明的短暂闪光,虽然持续的时间还不到一秒钟,它所包含的能量却比我们的太阳几十万年中发出的能量还多。迄今只有11个FRB事件获得了确凿的证认,但天文学家们相信,在可观测的宇宙中每天都会发生成千上万这样的爆发。但是,要找到它们,却需要仔细而审慎地分析当前和存档中的日常射电天文观测记录数据。

新发现的快速射电暴,被称为FRB 110523,是用増井和他来自南非德班的夸祖鲁 - 纳塔尔大学的同事乔纳森•西弗斯开发的专门软件发现的。

通常情况下,要在浩如烟海的数据中找到这样一种昙花一现的信号如果不是不可能、也至少是极为艰巨的,因为快速射电暴本来短促、清晰的信号在空间的传播中却散开而变得模糊了,这就是无线电信号的色散延迟效应。这一效应在射电天文学中常被用来估计距离--信号的色散越大,离地球越远。在这次事件中,色散表明这次快速射电暴的源离地球不超过60亿光年。但是,色散也使得存档数据中的快速射电暴变得很不明显。

这一新的数据挖掘软件用专门的算法,首先消除色散,使其恢复到原始的状态。

该小组用他们的软件首先在绿堤望远镜的数据中进行一次筛选,标出可能的候选者信号。这产生了6000多个可能的快速射电暴事件,这些再由团队成员、来自匹兹堡的卡耐基梅隆大学的林修贤逐个检查。他的分析淘汰了绝大部分候选者,只有一个事件还保留下来。但这一个信号却比之前发现的任何一个都包含更多关于偏振的细节。

“在这非常大量的数据中,我们发现了一个很独特的信号,与快速射电暴所有已知的特征都吻合,但却含有此前从未被看到的偏振数据,”也来自卡内基•梅隆大学的杰弗里•彼得森说。

在此前观测的快速射电暴中,只探测到过圆偏振数据。造成这种情况的部分原因是望远镜的观测能力,另外还有所能存储的望远镜数据的限制。绿堤望远镜既有探测完整的偏振图像的能力,又有充足的观测数据存档。

通过研究这最近一次探测到的线偏振数据,研究人员发现,从快速射电暴发出的无线电波显示出法拉第旋转效应,这是当无线电波通过一个强大的磁场时发生的螺旋形扭曲,其形状就好像开启葡萄酒瓶木塞的螺旋起子。

“这告诉我们一些射电暴传来的路径上磁场的信息,也给我们一些射电暴周围环境的启示。”增井解释说。 “想解释这些射电暴的理论家们也多了一点可用的资料。”

对信号进一步的分析表明,它在来地球的路上经过了两个不同的称为(散射)屏的电离气体区域。通过分析两个屏之间的相互作用,天文学家能够确定它们的相对位置。最强的屏非常接近爆发的源头,在爆发源的十万光年以内,这将其置于源所处的星系内。只有两种东西可以在信号上留下这样的印记:源周围的星云,或者其星系中心的电离气体。

此外研究人员还发现快速射电暴的无线电辐射具有类似恒星的闪烁现象。这种无线电波段的闪烁现象通常出现在脉冲星的观测中。中国科学院国家天文台的李毅超博士分析了快速射电暴方向上一颗脉冲星的闪烁数据,表明快速射电暴也和脉冲星一样,其闪烁部分是由银河系星际介质引起的;同时也说明其爆发位置应当在30亿光年以内。

“总之,这些令人惊叹的数据揭示了我们以往从未了解的快速射电暴,并对这些神秘事件给出了很强的限制。”增井总结说。 “我们也有了一个令人兴奋的新工具,可以搜索海量的档案数据以发现更多的例子,真正了解它们的本质。”

100米的绿堤望远镜(又译:格林班克望远镜)是目前世界上最大的全可动射电望远镜。它所处的(美国)国家射电宁静区和西弗吉尼亚射电天文区的位置使这一具有令人难以置信的灵敏度的望远镜可以免收不必要的无线电干扰,从而进行独特的观测。美国国立射电天文台是一个美国国家科学基金会的设施,根据合作协议由联合大学公司运行。

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