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分类国产,宇宙射电暴信号闪了千分之一秒 科学家定位到母星系
分类国产,宇宙射电暴信号闪了千分之一秒 科学家定位到母星系
浩哥科技课堂 | 2019-09-11 11:32:30 | 科技
分类国产,宇宙射电暴信号闪了千分之一秒 科学家定位到母星系,

时间倒拨回2018年9月24日,一个无线电信号快速地划过宇宙,被澳大利亚的SKA探路者望远镜捕捉到。尽管它只闪了千分之一秒,经过几个月的努力,科学家们还是定位到了发出光波的星系,远在40亿光年之外。





澳大利亚国家望远镜设施的科学家主导了这项发现,相关论文于北京时间6月28日凌晨发表在顶级学术期刊《科学》上。这是人类成功定位的第二个快速射电暴,也是第一个单次快速射电暴。此前,科学家们唯一追溯到源头的是一个闪了150次的重复快速射电暴,其难度差异可想而知。


无线电通常也被称为射电,本质上是一种光波,在宇宙中广泛存在,只是能量远低于我们最熟悉的可见光。脉冲星就是一种著名的射电源,这种致密星体在旋转过程中有规律地向地球传递光波,一度被人视作外星文明的讯息。如今,脉冲星的谜团虽已揭开,宇宙中还有许多尚未明确源头的射电信号。





快速射电暴(FRB)就是一种物理起源尚不明确的银河系外射电束,持续时间通常只有几毫秒。一个持续5毫秒的明亮射电暴在2001年8月抵达澳大利亚的Parkes望远镜,但直到2007年才被美国西弗吉尼亚大学天文学家邓肯·福利莫(Duncan Lorimer)确认为一种新的天体物理信号,而非设备故障。





快速射电暴(FRB)就是一种物理起源尚不明确的银河系外射电束,持续时间通常只有几毫秒


从那以后,学界一共接收到了数十个类似的快速射电暴,其中只有2个“闪了不止一次”。2012年,天文学家首次发现一例重复的快速射电暴,并在2017年确定了信号源位于约25亿光年外的一个矮星系,可能是一颗具有强磁场的中子星发出的。


2018年,加拿大氢强度绘图实验望远镜(CHIME)在两个月内探测到13个全新的快速射电暴,其中1个为重复信号。


“顺风耳”+“千里眼”


主导此次发现的澳大利亚科工组织科学家基斯·巴尼斯特(Keith Bannister)表示,定位一闪而逝的单次快速射电暴极具挑战性。


这次,由36个天线组成的SKA探路者望远镜在2018年9月接受到快速射电暴信号后,澳大利亚团队利用每个电线接受到信号的时间差来确定射电暴的母星系方位。信号本身只持续了千分之一秒,其中的时间差更是精微,大约是几十万分之一秒。





位于西澳的SKA探路者望远镜


定位到一个距离地球约40亿光年的中等星系后,,澳方与位于智利和夏威夷的双子座望远镜、凯克望远镜和甚大望远镜合作观察该中等星系,分析快速射电暴的距离和其他特征。联合观察发现,该母星系比孕育2012年那个重复射电信号的矮星系要明亮,射电光波产生于远离母星系核心的“郊区”位置。





双子座望远镜方面的负责人尼古拉斯·特约斯(Nicolas Tejos)介绍道,SKA探路者望远镜提供了二维的坐标,而双子座、凯克和甚大望远镜完成了三维上的拼图。


可以理解为,SKA探路者望远镜作为一架射电望远镜,更像一个“顺风耳”,能敏锐地聆听到轻微的信号。而双子座等光学及红外望远镜更像几只“千里眼”,负责对准信号方位后拉近焦距,呈现清晰的图像。





“顺风耳”+“千里眼”合作定位


定位快速射电暴对科学家们理解它们的起源至关重要。什么现象能在如此短的时间内产生巨大的能量?


哈佛大学理论物理学家艾维·略伯(Avi Loeb)曾抛出过一个颇为吸引眼球的“外星光帆”理论:据他计算,如果高级的外星文明利用激光加速“光帆船”进行星际穿越,产生的信号正好会与人类观测到的快速射电暴相似。不过,他的计算并未在学界得到广泛认同。


现有的主流理论大多指向了大型致密天体,例如黑洞、强磁场中子星、高度活跃的星系内核等。知道了射电暴的位置,科学家们就能判断出那里是否有天体正在形成、演化、碰撞或者毁灭,即使不能完全解释快速射电暴的产生,起码也能排除掉一些理论模型。





此次的射电暴来自一个年轻的明亮星系的边缘,如果这个位置没有高强度的恒星诞生过程,可能信号来自一颗老迈的中子星


单次快速射电暴比重复快速射电暴更为常见,掌握了定位单次快射电暴的方法,天文学界不仅离揭晓这种神秘信号的庐山真面目越来越近,未来更有望增添一个研究宇宙的新工具。


“正如几十年前首次探测到伽玛暴,或者不久前探测到引力波,我们站在一个激动人心的新时代节点上,即将揭秘快速射电暴的来源。”澳大利亚亚麦格里大学的斯图尔特·莱德(Stuart Ryder)说道:“我们计划用快速射电暴当做宇宙探测器,就像用伽玛暴来探测类星体和超新星一样。”





比如,这个探测器会帮助破解宇宙中“消失的重子”之谜。科学家们观测得到目前宇宙中的重子数量,大约只有计算得到的100亿年前重子数量的一半。如果得到大量定位好的快速射电暴母星系的样本,天文学家就可以给宇宙做CT,建立星系网络的三维地图,寻找消失的重子。


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