天文学家更接近来解决快速射电暴的挥之不去的秘密

By Robert Lea

2024/6/15

The Universe

    “还有什么比每天在天空中发生数千次爆炸更神秘呢，你没有什么正在造成它们的想法？”

在地球上空闪烁 的快速射电暴。(Image credit: NRAO Outreach/T. Jarrett (IPAC/Caltech); B. Saxton, NRAO/AUI/NSF)

    快速射电暴（FRB）是来自银河系之外的强烈的、短暂的无线电波爆炸，能在仅千分之一秒内发射太阳用三天来发射的能量的相同能量。

    然而，尽管它们的力量和每天在地球上空大约有10000个快速射电暴可以爆发的事实，但这些无线电波的爆炸仍然是神秘的。围绕快速射电暴的最大秘密之一是为什么大多数快速射电暴闪烁一次并然后消失，而一个微少数（不到3%）重复这种闪烁。这已经导致了科学家们乞求来探索发射快速射电暴的机制。有些人甚至相信不同的天体能产生重复的和非重复的快速射电暴。

    来自多伦多大学的科学家使用加拿大氢强度映射实验（CHIME）来聚焦在与128个非重复快速射电暴相关的偏振光的属性上。这揭示了相对发射它们的重复的表亲的极端环境一次性快速射电暴似乎起源于很像我们自己的银河系的遥远星系。这些结果可能带科学家更接近来最终破解快速射电暴的挥之不去的天体谜题。

    该研究的主要作者多伦多大学顿拉普天文学与天体物理研究所和戴维顿拉普天文学与天体物理学系的博士生阿尤什潘迪告诉太空网站，“到目前为止，当我们已经考虑快速射电暴时我们已经只是以与观察天空中的恒星相同的方式观察它们，思考它有多亮，也许弄清楚它有多远，诸如此类的事情，然而快速射电暴是特殊的，因为它们也发射偏振光，这意味着来自这些光源的光都悲剧定向在一个方向中”。

    关于这项研究的主要区别是它真的深入钻研了偏振光的调查。

    偏振光由以被相同方式定向的波组成——垂直的、水平的或这两个方向之间的一个角度。偏振中的变化可以解释发射快速射电暴的机制，这样揭示它的来源是的。偏振还能揭示关于快速射电暴在到达地球上的探测器之前需要来穿越什么环境的细节。这项研究代表了在偏振光中97%的非重复快速射电暴的第一次大规模观察。

    在非重复快速射电暴研究中一直有一个差距，因为来观测重复的快速射电暴远更容易，因为天文学家已经知道它们将发生在什么地方，这意味着来将任何射电望远镜对准那片天空并等待是可能的。对非重复的快速射电暴，天文学家必须拥有一台能同时观测大片天空的望远镜，因为他们真的不正知道信号将来自哪里。

    潘迪说，“它们可以在天空的任何地方蹦出来。在这个意义加拿大氢强度映射实验是独一无二的，因为它同时观察天空的这么一大片，此外，人们还没有真的观察这种偏振，因为仅在一个技术层面上来检测是远更难的”。

    其他研究已经观察了可能10个非重复快速射电暴的偏振，但这是我们第一次已经看到超过100个。它允许我们来重新考虑我们认为的快速射电暴是什么，并看重复的和非重复的快速射电暴是不同多的。

重复还是不重复？

    2007年，天文学家顿肯·洛里默（Duncan Lorimer）和当时是洛里默的学生大卫·纳克维奇（David Narkevic）发现了第一个快速射电暴。这是一种不重复的能量的爆发，现在通常被指为“洛里默爆发”。那个五年后在2012年，天文学家发现了第一个重复的快速射电暴：FRB 121102。然后，更多重复的爆发逐渐揭露了它们自己。

    天文学家自然的好奇在两种快速射电暴背后是否有不同的现象。潘迪的团队确实发现非重复的快速射电暴似乎与重复的快速射电暴略有不同，因为前者大多似乎来自像我们银河系这样的星系。

加拿大氢强度映射实验天文台捕捉一个快速射电暴信号的描画。 (Image credit: Photo credit: CHIME. Illustration: Dunlap Institute.)

    虽然快速射电暴的起源被笼罩在神秘之中，但这些无线电波的爆发能起它们在飞向地球时穿过环境的信使的作用。这些信息被编码在它们的偏振中。

    潘迪说，“如果偏振的光穿过电子和磁场，它被偏振的角度旋转，我们能测量这种旋转，因此如果一个快速射电暴穿过更多的物质，它会旋转更多。如果它穿过更少，它旋转更少” 。

    非重复的快速射电暴的偏振比重复快速射电暴的偏振更少的事实表明前者似乎比后者穿过更少的物质或更弱的磁场。潘迪补充说，虽然重复的辐射爆炸似乎来自更极端的环境（比如在超新星爆炸中已经死亡的恒星的残骸），但它们的非重复的兄弟似乎在稍微不那么暴力的环境浮现中。

    潘迪继续说道，“非重复的快速射电暴往往来自要么有更弱磁场要么围绕它们比重复快速射电暴更少的物质的环境，因此，从这个意义上说重复的快速射电暴似乎有点更极端”。

艺术家的一个快速射电暴（FRB）到达地球的描画，颜色标志不同的波长。 (Image credit: Jingchuan Yu, Beijing Planetarium)

中子星不在这个钩上吗？

    这项研究给潘迪交付的一大惊奇是非重复的快速射电暴的偏振似乎清除它们发射背后的主要嫌疑之一：高度磁化的快速旋转的中子星或“脉冲星”。

    潘迪说，“我们知道脉冲星如何工作，我们知道我们期望从一个脉冲星系统来看到的偏振光的类型。令人惊讶的是我们没有看到快速射电暴和脉冲星光之间有太多的相似性。如果这些东西来自同一类型的天体，你可能期望它们有一些相似性，但似乎实际上它们完全的不同”。

    按弄清楚哪些天体发射快速射电暴，潘迪认为扩大我们的这些无线电波爆发的偏振的理解可能帮助缩小理论预测。

    他说，“如果我们困惑于多种不同的理论之间，我们现在能观察偏振光并说'好吧，好吧，这个排除我们尚未排除的任何理论吗？'它提供另一个参数，甚至是一些额外的参数来帮助我们排除关于它们可能是什么的理论，直到我们有一个坚持的理论为止”。

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    潘迪继续解释说，这项研究为未来的快速射电暴调查奠定了基础;他本人正工作在一种将在银河系中发生的快速射电暴与发生在其他星系中的快速射电暴的偏振分开并更接近它们的发射源的方法上。

    这应该帮助我们更好地理解快速射电暴发射背后的机制，但对潘迪正是这些宇宙能量爆炸的神秘性质确保了他将在未来一段时间内调查它们。

    潘迪说，“我的意思是还有什么比每天在天空中发生数千次的爆炸更神秘的吗，而你没有是什么正在造成它们的想法？如果你是一个喜欢解开秘密的侦探，快速射电暴只是一个正乞求解开的谜团。”

    该团队的研究于周二（6月11日）发表在the Astrophysical Journal上。