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中外天文学家携手首次揭示有关“快速射电暴”的起源线索

快速射电爆发(FRB)到达地球的艺术家印象图

快速射电爆发(FRB)到达地球的艺术家印象图(Credit: Jingchuan Yu, Beijing Planetarium 神秘的地球配图)

中外天文学家携手,首次揭示有关“快速射电暴”的起源线索

中外天文学家携手,首次揭示有关“快速射电暴”的起源线索(神秘的地球配图)

(神秘的地球报道)据中国科学报(倪思洁):平静的外太空突然一闪,发出短暂而明亮的电波,接着一切重归平静,似乎什么都没发生过。

“是天文台的微波炉干扰了仪器?”“是外星人发来的信号?”“是两颗白矮星撞出的火花?”……这个名叫“快速射电暴”(FRB)的神秘一闪,让地球人脑洞大开。但时至今日,还没人能说清它究竟意味着什么。

日前,英国《自然》杂志的一篇论文为解开谜题又贡献了一点思路。一组包括中国科学家在内的天文学家,分析了绿堤望远镜(GBT)近700个小时的存档数据,发现了一个迄今为止包含最多细节的快速射电暴事件,其爆发地在银河系以外,30亿光年以内。

“神秘的啾啾声”

天文探索不乏“出乎意料”之事。2007年,美国摩根敦西弗吉尼亚大学天文学家邓肯·洛里默在整理帕克斯天文台数据时发现了一个特别的5毫秒:望远镜捕捉到的无线电波信号突然增强,所包含的能量比太阳几个月中发出的能量还多。

此后,不少天文学家相信,宇宙中每天都会发生成千上万次这样的爆发。但要找到它们,首先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。

在接下来的近十年里,从世界各地天文台浩繁的数据堆中,科学家又发现并确认了10个类似事件。但至今这种事件究竟发生在哪里,出现的原因是什么,仍是未解之谜。

“事件很短暂,突然就出现了,之后也没有重复。”参与GBT观测项目的国家天文台研究员陈学雷告诉《中国科学报》记者,确认的这11个案例有一个共同之处,即爆发之后,了无踪迹,“射电暴发生的时候,望远镜并没能探测到伽马射线、X射线或是光学的爆发现象”。

而且,“此前的观测也没有提供更多的细节”。陈学雷说,确认的案例都是天文望远镜主要观测任务的“副产品”,所有的观测细节都视主要观测任务的需要而定。

正因如此,这种现象被一些人称为太空传来的“神秘啾啾声”,而更科学的称呼是“快速射电暴”。

掀起面纱一角

最近,一组天文学家从他们收集的700个小时的存档数据里找到了“独特的”几毫秒。这些数据来自GBT的观测结果,是为了探测宇宙的大尺度中性氢分布。他们分析了所有存档数据,标记出6000多个可能的快速射电暴事件,其中一次事件包含了更多细节,特别是关于偏振的细节。

“在大量的数据中,我们发现了一个独特信号,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。”参与此项研究的卡内基·梅隆大学天文学家杰弗里·彼得森说。

陈学雷表示,此前的快速射电暴中,只探测到圆偏振数据,其部分原因可能是望远镜的观测能力,还有所能存储的望远镜数据的限制。GBT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。

这次天文学家看到了一个名为“法拉第旋转效应”的电磁波现象。通常当无线电波通过一个强大的磁场时,线偏振矢量会一边传播一边旋转,形状就好像开启葡萄酒瓶木塞的螺旋起子。“这告诉我们关于射电暴传来的路径上的磁场信息,也给我们一些射电暴周围环境的启示。”加拿大不列颠哥伦比亚大学的天文学家增井清说。

陈学雷表示,目前可估测爆发点离地球有多远,与地球之间存在怎样的等离子体。研究结果还排除了过去猜测的一些可能性,如“设备干扰”“外星人信号”“中子星相撞”等。

神秘事件的面纱由此被掀起一角。“这项研究成果,让人类朝着解开谜团迈进了一大步。”陈学雷说。

30亿光年以内

在这次新发现的快速射电暴事件中,中国科学家也贡献了一份智慧。

自2007年发现快速射电暴以来,天文学家一直在争论,事件爆发点究竟在银河系以内还是以外。而这次快速射电暴事件发生后,这一争论有了答案。

科研人员发现,此次事件中,无线电辐射具有类似恒星的闪烁现象。“闪烁现象通常出现在脉冲星的观测中,是由于电波穿过了银河系星际介质。”国家天文台科研人员李毅超说。

李毅超将探测到的数据与快速射电暴方向上的一颗脉冲星闪烁数据作比较。“我们发现,快速射电暴也和脉冲星一样,其闪烁部分也是由银河系星际介质引起的,这也就说明事件爆发位置应当在30亿光年以内。”他说。

2011年,作为国家天文台博士生的李毅超被派到GBT项目从事研究。100米的GBT是目前世界最大的全可动射电望远镜,主要科研目标之一是探测中性氢。“我们迄今为止一共派去过3名科研人员,在从事科学研究的同时,也为我国的‘天籁项目’积累了经验。”陈学雷说。

他表示,国家天文台正在研制的天籁阵列也将进行中性氢巡天,用于探测暗能量。经过三年的科研攻关,“天籁项目”已经在新疆北部建成,成为我国第一个用于暗能量探测的射电观测站,也是目前国内互相关单元最多的射电干涉阵列。

“该阵列稍作改进后,可以在进行中性氢巡天的同时用于搜索快速射电暴。”陈学雷说,“随着更多快速射电暴的发现和更多数据的分析解读,天文学家将解开神秘的快速射电暴之谜。”





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