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天文学家首度获知快速电波爆发在宇宙中的精确位置

   示意图:

示意图:"欧洲特长基线干涉阵列网路"有散布在全球好几个地方的天线,如插画所见的概念,这个网路与位在波多黎各的阿雷西波天文台300 米William E. Gordon 望远镜相连,取得了FRB121102 位在宿主星系中的更精确位置。 Credit: Danielle Futselaar

双子北座望远镜可见光波段观测的 FRB 121102邻近区域

双子北座望远镜可见光波段观测的 FRB 121102邻近区域

(神秘的地球uux.cn报道)据中央研究院天文及天文物理研究所:天文学家首度获知「快速电波爆发」在天空中的精确位置!「快速电波爆发」是种神秘的电波脉冲,此类天体的其中一个,经取得「距离」及「源自哪个星系」后,已排除与快速电波爆发来源无关的一些解释。

中央研究院天文及天文物理研究所资深研究天文学家Geoffrey Bower:「用『特大天线阵』捕捉到历时仅百万分之一秒的快速电波爆发事件,这种相关技术及方法,花了我们好几年的时间去研发,以致能获得本次『取得快速电波爆发前所未有精确位置』的突破进展。」

团队由Shami Chatterjee(康乃尔大学)代表,叙述新发现:「我们已知此电波爆发是源自一个矮星系,距离地球至少30亿光年,这项单纯的事实,对了解电波爆发现象具有很重大意义。」团队这项新发现于2017年1月上旬在美国德州举行的AAS美国天文年会上发表;数篇相关论文,分别刊载于《自然》、《ApJL》等科学及天文学专门期刊。

快速电波爆发是一种能量极强,历时极短(百万分之一秒)的电波,自首度发现以来,成因一直不明。 2007年时,本来打算在「帕克斯电波望远镜」(Parkes Radio Telescope)旧存档资料中发掘新「波霎」(pulsar)的研究员,意外找到一个「快速电波爆发」事件(该次爆发事件发生在2001年)。那是「快速电波爆发」首次获得发现。

迄今,现有资料中,已知的快速电波爆发仅仅18个,悉数以单碟电波天线找到,故无法提供详细天体位置,而其他观测站也没办法帮忙辨识其来源环境,或再从其他波段去观测。幸亏其中有一笔资料,相当与众不同──它在2012年11月获观测以后,已重复爆发了许多次(第一次发现它的是阿雷西波天文台)。

该快速电波爆发──依首次爆发日期而命名为FRB 121102──由于具有重复爆发的特性,遂让天文学家能用「特大天线阵」(隶属美国国家科学基金会) 先对它仔细观测,再进而推估电波爆发源在天空中的精确位置。 「特大天线阵」是好几个电波天线共组而成的一个系统,具有高解析力,能看到精密细节。

2016年,在横跨6个月、累计达83小时的观测时间之中,特大天线阵共观测到FRB 121102的9次爆发。

加州大学柏克莱分校Casey Law:「很长的一段时间,我们是空等,一无所获,后面才突然来了一串完全符合我们所需的资料!」

美国国家电波天文台暨西澳大学研究员Sarah Burke-Spolaor表示,他们能精确地把爆发源位置的可能范围缩到最小,特大天线阵取得的资料不可或缺。

由于「特大天线阵」提供的位置很精确,所以研究团队可用位在夏威夷的「双子北座望远镜」,于可见光波段去取得爆发位置的影像,再经辨识而知,那是一个暗淡的「矮星系」。此外,双子北座望远镜的观测也推定出该矮星系和地球的距离至少有30亿光年。

加拿大蒙特利McGill 大学的Shriharsh Tendulkar:「早先,在我们仍完全不知道任何一个快速电波爆发和地球的距离是多远以前,对于快速电波爆发的成因,曾有好几种解释认为,爆发源的位置可能在银河系内,或在银河系邻近区域,现在可以排除掉这类解释。至少,单就这个FRB 121102快速电波爆发案例而言,可以排除。」

除了数次侦测到FRB 121102高亮度爆发以外,特大天线阵也侦测到那个区域持续发出一些较微弱但恒常的电波讯号。

接下来,团队的观测组又再使用欧洲特长基线干涉阵列网路(EVN)、300米口径的William E. Gordon望远镜(隶属于阿雷西波天文台)、美国国家科学基金会的特长基线阵列( VLBA),藉由这些望远镜的观测,推断出天体更精确的位置。

荷兰电波天文研究院Jason Hessels:「按超高精确度的观测结果显示出来的位置资讯,我们可知,快速电波爆发源的位置和持续发出讯号区域,两者相距,绝对不到100光年。」

欧洲特长基线干涉阵列联合研究所(位于荷兰Dwingeloo)的Benito Marcote:「我们认为电波爆发源和持续讯号源这两者,有可能是同一天体、或可能在实质上关系密切。」

研究团队认为最有可能的两种候选组合是,1:一颗中子星,可能是高度磁化的磁星,周遭环绕着超新星爆炸的喷发物质、或超新星爆炸后剩下来的波霎之喷发物;2 :星系中的活跃星系核,伴随着核中心超大质量黑洞周边区域发出的电波喷流。

美国国家电波天文台的Bryan Butler说,仍须留意的是,这是目前已知唯一一个个会重复爆发的(快速电波爆发)个案,所以它和其它快速电波爆发之间,很可能性质不大一样。

Shami Chatterjee :「找到了这个快速电波爆发个案的宿主星系,并得到该宿主星系的距离资讯,确是一大进展,但在完全了解这些发出快速电波爆发讯号的东西到底是什么以前,还有很多工作,要继续努力。」




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