天文学家将神秘的无线电波追踪到我们银河系中的一个源头

天空中最明亮的无线电闪光很可能来自宇宙中最强大的磁体。
The Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), pictured here, helped pin down the mysterious signals.
加拿大氢强度测绘实验(CHIME),如图所示,有助于确定这些神秘信号的来源。Andre Renard / CHIME Collaboration

近十年来,来自深空的神秘闪光一直困扰着射电天文学家。这些无线电波的爆发持续时间仅为千分之几秒,并且似乎来自数十亿光年外的星系——太远了,无法看清它们的来源。研究人员迄今已探测到约120个这样的“快速射电暴”(FRB),并提出了近一半数量的解释。理论家提出了包括奇特恒星坍塌、中子星撞击黑洞,甚至外星文明利用能量束推动星际飞船等想法。

现在,他们可能终于有了答案。

今年4月,研究人员在银河系内,就在我们星系的近邻,探测到了一个类似的无线电闪光。一系列望远镜捕捉到了一股强烈的无线电波脉冲,同时伴随着更具能量的X射线爆发,所有这些都来自同一个地方:一颗被称为磁星的高度磁化的致密星。该事件在《自然》杂志发表的一系列论文中进行了描述,首次将这些神秘的无线电爆发与宇宙中最极端天体类别之一的一个已知成员联系起来。

“在此之前,我们一直在猜测、猜测、再猜测,”内华达大学拉斯维加斯分校的天体物理学家、一篇回顾可能快速射电暴(FRB)来源的论文的作者Bing Zhang说。“这次事件实际上告诉我们它来自哪里。”

今年4月28日上午,射电天文学界收到了这条消息。加拿大氢强度测绘实验(CHIME)——这是一个在近期搜寻FRB方面处于领先地位的射电望远镜——探测到一个来自已知正在喷射X射线的致密天体的强大无线电信号。它的亮度并未达到FRB的级别,但能量足够高,值得进一步观察。CHIME团队发布了一份“天文学家电报”,通知了科学界。

许多团队收到了CHIME的消息,但只有一个团队拥有专门为此定制的仪器。加州理工学院的研究生Chris Bochenek领导着一项名为“瞬变天文射电辐射巡天2”(STARE2)的项目,专门搜寻附近的射电暴。Bochenek和他的团队将STARE2视为一个“孤注一掷”的项目。一方面,这个三探测器网络成本相对较低,每个探测器约15000美元(更灵敏的设备运行成本高达数千万美元)。当你寻找耀眼的闪光时,你不需要眯着眼睛。但另一方面,他们预计会等待很长时间。

“在(我们)银河系中发生FRB的想法太疯狂了,”他说。“如果按照实际速率来计算,你大约每50年才会遇到一次。”

探测来得比预想的快得多。CHIME早上的电报促使Bochenek查看他的日常数据,他立即发现STARE2在同一地点、同一时间也记录了一个闪光。而且STARE2的探测比CHIME(当时它是在其外围视野中捕捉到脉冲的)最初报告的还要亮1000倍。如此巨大的能量几乎够得上成为银河系的首个可信的FRB。

“那一刻我整个人都僵住了,”Bochenek说。“就是它了。这就是我们建造这个探测器的目的。”

世界各地的其他团队继续为这个图景添加新的细节。虽然只有CHIME和STARE2捕捉到了无线电暴,但中国庞大的五百米口径球面射电望远镜(FAST)从同一地点接收到了数十次随后的X射线和伽马射线耀斑。源头很清楚:一种被称为磁星的死恒星,距离我们大约30,000光年——基本上就在我们家门口。

如果你需要在短时间内释放巨大的能量,很难找到比磁星更好的天体了。它们是中子星的变种——在放弃形成黑洞之前物质能达到的最致密的形态。它们还拥有已知的宇宙中最强大的磁场,比工程师们能制造的最强磁铁强大约十亿倍。

当你把一个太阳的质量压缩成一个城市大小的磁铁时,任何变化都会产生剧烈的影响。磁星和地球一样,也有可能破裂和弯曲的地壳。当“星震”撕裂地壳时,磁场可能会遭受类似剧烈的动荡。撕裂和重组的磁场可以直接发射无线电波,或者爆发的地壳可能会喷射出类似于太阳耀斑的粒子喷流,这些喷流反过来又可能引起FRB。

一次探测并不能证明所有FRB都来自磁星,而且存在许多奇怪的FRB模式,看起来太复杂,不像是来自一颗普通的震动中子星。但4月28日的爆发证实,这些天体可以解释一部分,甚至大部分FRB。“宇宙中有足够的磁星。它们会规律地爆发。它们可以产生足够多的FRB来覆盖一切,”Zhang说。

自4月以来,这颗友好的邻居磁星(银河系中约30颗磁星之一)又发出了大约十次无线电波。没有一次爆发的能量像4月28日的事件那么强——而那次事件的亮度比已知来自其他星系的最弱FRB还要暗约30倍——但这些爆发的总能量跨度范围巨大。这种多样性暗示,明亮的FRB可能只是其他星系中隐藏的磁星活动的冰山一角。

“[这个范围]让我更有信心,”阿姆斯特丹大学的射电天文学家Kelly Gourdji说,她没有参与这项研究。* *“我们确实在弥合我们银河系内外的射电源之间的差距。”

随着天文学家收集到更多的FRB探测数据,他们将试图弄清楚所有爆发是否以相似的方式产生。奇特的闪光可能来自奇特的磁星,例如那些由中子星合并而非恒星坍塌产生的磁星。这些细微的差别可能需要很多年才能分辨出来,但现在有了第一个本地例子,这个挑战似乎比以前不那么艰巨了。

“在此之前,我对于找到这些来源相当悲观,”Zhang说,“但有了这个,我认为这个银河系内的FRB可能是关键。”

 

更多优惠、评测和购买指南

 

Charlie 是一名记者,报道地球内外物理科学领域的发展。除了《流行科学》,他的作品还发表在《Quanta Magazine》、《Scientific American》、《The Christian Science Monitor》等刊物上。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并在布朗大学学习物理。您可以在这里查看他的网站。


© .