探测到距离地球数十亿光年的秘密的宇宙“心跳”

By Robert Lea 

2022/7/15

Science & Astronomy

天文学家已经发现了一个重复的快速射电暴，持续时间可能来自一个遥远的“服了类固醇”的中子星的类似事件更长1000倍。

新的研究提出磁星是来自遥远星系的神秘快速射电暴的来源。. (Image credit: NRAO/AUI/NSF)

天文学家已经发现了一个来自一个遥远星系的奇怪而持久的射电信号。这一发现可以帮助天文学家最终确定快速射电爆发（FRB）的来源。

大多数快速射电爆是来自数十亿光年外星系的强烈射电波爆发，在眨眼之前仅持续几毫秒并且是一次性事件。这个新信号------ FRB 20191221A------持续长达三秒，使它比平均快速射电爆更长1000倍，并且还有迄今为止发现的最清晰的重复模式。

麻省理工学院卡福里天体物理和空间研究所的研究员达涅勒米奇里在一份声明中说，“这是不寻常的，它不仅是非常长，持续约三秒钟，而且有显著精确的周期性峰值，每一秒的一个分数发射------砰、砰、砰------像一个心跳一样。这是这种信号本身是周期性的第一次”。

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发现这种强大的重复射电爆发背后的团队包括来自加拿大氢强度映射实验（（CHIME）/ FRB）合作的研究人员。展望未来，研究人员将试图从同一来源捕获进一步的爆发，这可能帮助更结论性的揭示什么正在导致这些快速射电爆。

此外，他们希望FRB 20191221A可以用作为一种“天体物理时钟”，因为它的高度可靠的周期性。由于这种爆发的频率将随着这个源移动离开地球变化，这些变化可被用于测量宇宙的膨胀。

艺术家的快速射电暴（FRB）到达地球的印象，颜色表示不同的波长. (Image credit: Jingchuan Yu, Beijing Planetarium)

 自2007年首次发现以来，快速射电爆对天文学家一直是一个谜，他们已经能够追踪这些爆发到它们的起源星系，但还没有发现确切的发射源。

据信对快速射电爆发射负责的主要嫌疑是叫脉冲星和磁星的中子星类型，这一发现似乎表明这一理论是正确的。

米奇里在声明中说，“宇宙中没有许多东西发出严格的周期性信号，我们知道在我们自己的星系中的例子是射电脉冲星和磁星，它们旋转并产生类似于灯塔的一个波束发射。我们认为这个新信号可能是一个服了类固醇的磁星或脉冲星”。

脉冲星是快速旋转并发射出强烈辐射的中子星，而磁星是有极端强大磁场的恒星残骸。所有类型的中子星当大质量恒星达到它们的生命的尽头时形成，耗尽核聚变的燃料，并且不能再支持它们自己抵抗引力坍塌。这导致一场巨大的超新星爆炸，留下一个宇宙残骸，一颗中子星是如此密以至于一茶匙它的的组成物质将重达8.8万亿磅（3.9万亿公斤）。

FRB 20191221A的研究总的可以帮助天体物理学家更好地理解这些天体。

快速射电爆检测的未来是光明的

信号FRB 20191221A于2019年12月21日被加拿大氢强度映射实验首次检测到，它的异常属性立即被米奇里随他观察传入数据发现。

当时麻省理工学院的研究人员和他的队友分析了来自一个遥远星系的这种信号的模式，他们发现了与来自银河系中离家更近的射电脉冲星和磁星的发射的相似性。

但是，FRB 20191221A与来自我们银河系内这些天体的信号之间有一个关键区别，前者比后者更亮一百万倍以上。

米奇里相信20191221A的高亮度闪光可能表明正在发射它们的射电脉冲星或磁星通常远不明亮的。这可能意味着一些未知的机制或事件已经导致了它在一个不寻常的三秒窗口中发出一串明亮的爆发。

加拿大氢强度映射实验是一个由四个大型抛物面反射器组成的干涉射电望远镜，随我们的星球旋转它会不断扫描地球上空的天空，幸运的是它的位置恰到好处来捕捉这种罕见的爆发。

夜间的加拿大氢强度映射实验射电望远镜。  (Image credit: Andre Rendard/CHIME Collaboration)

该仪器一个由四个大型抛物面反射器组成的干涉射电望远镜，对发现快速射电爆是不陌生的。自2018年开始运行以来，它已经发现了数百个这样的爆发。

米奇里说，“加拿大氢强度映射实验现在已经检测到许多有不同属性的快速射电爆，我们已经看到一些生活在非常湍流的云中的，而另一些看起来像它们处于清洁的环境中。从这个新信号的属性，我们能说围绕在这个源，有一团一定是非常湍流的等离子体”。

米奇里补充说，未来的望远镜每个月可以探测到数千个快速射电爆，并希望像FRB 20191221A这样的周期性信号可以包括在内。

米奇里总结道，“这种检测提出是什么可能导致我们以前从未见过的这个极端信号的问题以及我们如何使用这种信号来研究宇宙”。

该团队的研究于周三（7月13日）发表在自然杂志。）