银河系中的神秘无线电爆炸,是由磁星引起的?

天文学家有史以来第一次将实际物体与他们自2007年以来一直探测到的那些神秘的无线电脉冲联系起来。在这种情况下,罪魁祸首是一种超稠密物体,称为磁星,也称为#磁爆但这一发现提示一套全新的问题。



近年来,科学家发现了数百个毫秒级的强大脉冲,称为快速无线电脉冲(FRB),它们均来自银河系外。但是在2020年4月28日,发生了一件不可思议的事情:天体物理学家从银河系中捡起了FRB,这一事件引起了很多兴奋和交谈。

这个名为FRB 200428的特殊爆发看起来似乎是由高磁中子星产生的,被称为磁星SGR 1935 + 2154。当时认为将两者连接可能是一种独特的可能性,并且在收集,检查,交叉引用和校正所有可用的天文数据之后,三个独立的科学家团队现已确认确实如此。正如这三篇新的《自然》杂志得出的结论一样,磁石是FRB的一种可能来源。

开普敦大学的天体物理学家阿曼达·威尔特曼和安东尼·沃尔特斯在随附的《新闻与观点》的一篇文章中写道:“到现在为止,“还没有观察到的证据将FRB与磁星直接联系起来”。这对未参与新研究的研究人员说:“三篇新论文中报道的检测提供了第一个此类证据,从而提供了重要的线索,将有助于我们了解至少一些FRB的起源。”

得益于国际合作以及将多个天文台,一些天文台和一些天文台收集到的数据汇总在一起,才有可能进行确认。而且由于银河FRB与伽马射线和X射线爆发同时发生,天体物理学家已经获得了一条重要的新线索,以寻求更多了解这种奇怪的天体现象。

起初,科学家们认为这些无线电波的明亮脉冲是一次性事件,但发现其中一些重复发生。这意味着FRB或至少某些FRB不是灾难性事件的产物。不过,这些爆发的一些受欢迎的来源包括中子星,超新星爆炸或与黑洞的未知相互作用。FRB完全来自银河系以外的来源,这是一个严重的局限,因为它们的传播距离很远。因此,FRB 200428的重要性。

蒙特利尔麦吉尔大学高级博士生Ziggy Pleunis解释说:“到目前为止,望远镜...拾取的所有FRB都在其他星系中,这使得它们很难进行详细研究。”由CHIME(加拿大氢强度图实验)合作产生的新研究的作者。

CHIME望远镜

这个故事开始于4月27日,即银河FRB的前一天。尼尔·盖勒斯·斯威夫特天文台和费米伽马射线太空望远镜这两个太空望远镜从SGR 1935 + 2154磁星的方向拾取了多个X射线和伽马射线暴。

第二天,当CHIME的天文学家检测到明亮的无线电脉冲时,带来了好东西。CHIME天文台位于加拿大不列颠哥伦比亚省,由100个抛物面反射镜组成。

同一天,具有STARE2(瞬态天文无线电发射2调查)的科学家也发现了同一件事。STARE2由位于美国西南部的三个站点组成。

在周一举行的新闻发布会上,STARE2的天体物理学家克里斯托弗·博克内克(Christopher Bochenek)是该发现的论文的第一作者,他说,当他第一次看到这些数据时,他“非常激动”。他说,爆发是如此强烈,以至于在正确的时间将手机调到正确的频率就可以检测到它。加州理工学院的研究人员博克内克说,更具体地讲,填充到该单个明亮脉冲中的无线电能量等于太阳每30秒产生的无线电能量。

“这是来自已知物体的第一个FRB。”

但是,由于STARE2接收到的信号比CHIME接收到的信号亮1,000倍,因此存在奇怪的数据差异。两组调查了差异,发现应归咎于CHIME的校准问题。校正后,CHIME数据与STARE2观测值相匹配,突出了从多个来源收集天文数据的重要性。两支团队都独立得出结论,FRB 200428起源于距我们30,000光年的SGR 1935 + 2154磁星。

正如Bochenek指出的那样,CHIME记录了两个离散的突发,间隔为30毫秒,而STARE2只看到了一个,但是鉴于系统的差异,这是可以预期的。他说,感谢CHIME,“我们知道它来自哪里”,感谢STARE2,“我们知道它有多亮。” Bochenek说,两者合计,现在是“第一个来自已知物体的FRB”。

中国贵州省的五百米球面孔径望远镜FAST

三颗太空望远镜在爆炸过程中还拾取了来自磁星的X射线信号,分别是ESA的INTEGRAL太空望远镜,中国的Insight太空望远镜和俄罗斯NASA的WIND卫星上的Konus仪器。因此,总共有五个不同的天文台以某种形式捕获了该事件。

同样在4月28日,中国的五百米光圈球面望远镜(FAST)扫描了同一片天空,但并非FRB 200428出现的确切时间。然而,当天收集的数据表明,磁石变得非常活跃,在发脾气30分钟的过程中,发射出29个软的伽玛中继器-伽马射线和X射线大爆发。在该爆发阶段未检测到任何FRB,为诱使与快速无线电突发相关的性质和情况提供了新的线索。这些观察的详细信息发表在拉斯维加斯内华达大学的张兵领导的论文中。张还与人合着了该论文的第四篇,探讨了FRB背后的可能物理机制。

正如Weltman和Walters在其《新闻与观点》文章中所解释的那样,FRB 200428是“第一个检测到无线电波以外的辐射的FRB,第一个在银河系中发现,并且第一个与磁星有关。 ” 而且,这是“迄今为止已测量的来自银河系磁星的最亮的无线电脉冲”。而且,由于FRB 200428是第一个与附近星系一样明亮的星系无线电爆发,因此“它还提供了迫切需要的证据,证明磁星可能是银河外FRB的来源。”

张在新闻发布会上说,他以前对天文学家发现FRB的来源并不乐观,因为“吸烟枪”似乎不太可能。他说,但是这一发现“就在我们的后院”表明它们来自磁星,并补充说,磁星可以解释宇宙中观察到的部分甚至所有FRB,“但可能有不止一个祖细胞。”

确实,仍然存在一些非常重要的问题。例如,尚不清楚磁星是否是FRB的唯一来源,而其他天体现象是否也可以产生具有相同特征的脉冲。正如Bochenek指出的那样,“确定这些事物在宇宙中发生的频率非常重要。”

此外,天体物理学家现在将不得不弄清楚磁星如何能够产生这些强大的,短暂的能量爆发。可以进行的理论包括磁晕弹撞击到周围的介质中,引起冲击波,或者在超致密中子星表面形成裂纹。关于最后一点,尽管难以置信,但FRB实际上可能与中子星震有关。

最后,还有一次性和中继器的问题。Bochenek说,在银河系中观察到的FRB似乎不是直放站,这“暗示有区别”,并且“正在发生其他事情”。在新闻发布会上,CHIME论文的合著者,天体物理学家Daniele Michille表示,可能存在不同类型的FRB来源。张觉得一次性可能中继器,只是我们无法检测到所有突发。正如他指出的那样,磁石不会在发射FRB后死亡。然而,同时,中子星合并可能是一次事件,或者中子星与一个黑洞-两者都可能会产生FRB,并且还会破坏源。张说,但是只有一小部分的FRB自然可能具有灾难性,因此是一次性事件。

在了解FRB时,我们仍然受到数据量少,观察选择效应不佳以及涉及的距离过长的限制。检测我们银河系中的银河FRB,然后将其与已知物体相关联,这是向前迈出的一大步,但仍有许多工作要做。但是,在过去的13年中,我们对FRB的了解令人震惊,我们应该对未来几十年的经验感到乐观。



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