在 30 亿光年外发现了奇怪的快速射电暴

这可能表明快速射电暴不止一个原因。

到达地球的快速射电暴的艺术家插图。 爆发中包含的频率已通过穿过电子云而被分离或分散
到达地球的快速射电暴的艺术家插图。 爆发中包含的频率已通过穿过电子云而被分离或分散

天文学家使用世界上最大的两台射电望远镜发现了第二个已知的新型快速射电暴 (FRB) 例子——一种神秘的、极其强大的无线电波爆炸,每天在太空中脉冲数千次。

新的 FRB,称为 FRB 190520,有力地证明了多个天体可能是这些神秘信号的来源。

新物体是第二个检测到的物体,它不仅会产生重复的快速射电暴,而且还会在两次喷发之间发出恒定的较弱辐射源。 6 月 8 日发表在《自然》杂志上的一篇论文详细描述了该信号。

2007 年首次发现,快速射电暴在短短几毫秒内释放的能量比太阳一年释放的能量还要多。长期以来,天文学家一直对这些突然明亮闪光的来源感到困惑。但由于它们主要从数百万甚至数十亿光年外的星系喷发,并且耀斑迅速且通常只有一次,因此确定其来源非常具有挑战性。

2020 年,在我们自己的银河系中首次探测到 FRB,使科学家能够将其起源追溯到磁星——一种高度磁化、快速旋转的死星外壳。磁星是一种特殊类型的中子星,是超新星爆炸留下的超致密恒星尸体。磁星具有异常强的磁场,比地球强数万亿倍。但科学家们并不确定所有的快速射电暴都来自磁星。

更奇怪的是,一些快速射电暴的闪光会重复——有时是一次短暂的爆发,有时是多次零星的迭代。在这些重复的快速射电暴中,第一个也是最活跃的是快速射电暴 121102。位于 30 亿光年外的矮星系中,未知源在 157 天的周期内从一个致密区域喷出无线电波;它在 90 天的强大、重复的无线电爆发和 67 天的更柔和、更弱的无线电发射之间交替。 FRB 121102 非常活跃(据记录在 47 天内喷出 1,652 次耀斑),有一段时间天文学家认为它是同类中唯一的一颗,直到现在。

研究人员使用中国的 500 米口径球面射电望远镜 (FAST) 首次看到了新的快速射电暴 FRB 190520。 FAST 证实,遥远的物体正在发射频繁和重复的无线电爆发,后来用新墨西哥州的甚大阵列 (VLA) 进行的观测确定了它的位置。科学家们发现,重复爆发的源头,就像它的表亲一样,位于距离地球大约 30 亿光年的矮星系中。 VLA 还证实了 FRB 190520 的源小而紧凑,并且它在较大的闪光之间泄漏了较弱的无线电发射。

科学家们说,与第一个具有相似行为的第二个 FRB 的到来引发了一些重要问题,并加强了可能存在两种不同类型的 FRB 的可能性。

“那些重复的和那些不重复的有区别吗?持续的无线电发射怎么样——这很常见吗?”该研究的合著者、西弗吉尼亚大学的天文学家和研究生 Kshitij Aggarwal 在一份声明中说。

天文学家认为,要么存在两种或更多种完全不同的机制来产生这些令人惊叹的宇宙闪光,要么是由处于宇宙演化非常不同阶段的物体制造的。

一些间接证据支持第二个假设。由于快速射电暴通常以来自未知来源的单个脉冲的形式到达,天文学家通常通过测量快速射电暴发射的无线电波按频率分离出多少(如通过棱镜后的光)来估计源距地球的距离——这他们在太空中遇到自由电子的频率越高。这种被称为色散的效应为天文学家提供了一个很好的粗略猜测,即射电闪光在到达地球上的望远镜之前已经行进了多远,假设电子在太空中分布相当均匀。

但是能够追踪 FRB 190520 源的位置揭示了一个奇怪的不匹配。来自脉冲物体的无线电波被分散到足以来自 80 亿到 95 亿光年之外的东西,但是通过研究多普勒频移,或宇宙膨胀引起的无线电波波长的延伸,天文学家更准确地将物体放置在距离地球不到 30 亿光年的地方。

“这意味着在 FRB 附近有很多材料,这会混淆任何使用它来测量星系之间气体的尝试,”Aggarwal 说。 “如果其他人也是这种情况,那么我们就不能指望使用快速射电暴作为宇宙尺度。”

FRB 周围异常密集的电子云可能表明源是一个“新生”磁星,仍然隐藏在创造它的超新星爆炸的物质中。但研究人员需要更多的测量才能确定。

“FRB 领域现在发展非常迅速,每月都有新发现出现。然而,大问题仍然存在,这个天体为我们提供了关于这些问题的具有挑战性的线索,”该研究的合著者、助理教授 Sarah Burke-Spolaor西弗吉尼亚大学的天文学在声明中说。

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