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“中国天眼”这一新发现,解散了天文界不息众年的一场争吵

点击量:135   时间:2020-11-18 04:43

  来源:科技日报

  迅速射电暴,广袤宇宙中一栽射电波转瞬暴发的形象,其不息时间极短,清淡只有几毫秒。它们往往“神龙见首不见尾”,展现一次,便再无踪迹。

  以前十几年,天文学家不息在搜集有关新闻,只为推想原形:到底是谁发出了这栽电波?这样迅速闪现的射电波原形包含了什么新闻?

 图源:quantamagazine.org 图源:quantamagazine.org

  10月29日和11月5日,行使500米口径球面射电看远镜(FAST),科学家在国际科学期刊《自然》杂志上别离发外了2篇关于迅速射电暴的钻研收获,这口被喻为“中国天眼”的大锅,“看到”了这栽毫秒电波首源的一些蛛丝马迹。

  几毫秒开释地球上几百亿年的发电量

  2007年,天文学家在分析澳大利亚64米射电看远镜于2001年记录的信号时,首次发现了这栽毫秒电波。它外现为一个不息时间很短、专门清明的射电脉冲辐射,科学家将这栽毫秒闪现的电波形象地称为迅速射电暴。

  可别幼瞧这几毫秒的闪现,固然它存在的时间专门短,但能量稀奇高。在这几毫秒的时间里,它能够把地球上几百亿年的发电量,十足以射电波的方法开释失踪。

  “吾们认为,迅速射电暴是由自然的天体物理过程产生的。按照探测的辐射特征和不都雅测特性,吾们觉得它答该来自磁星的磁层。”北京大学教授、中国科学院国家天文台钻研员李柯伽说。

  磁星是宇宙中一类致密天体,它的周围有着稀奇强的磁场。

  原形上,关于迅速射电暴的来源,主流的理论伪说能够分为两派。一派认为它来自磁星的磁层;另一派则认为,某些致密天体爆发会产生激波,迅速射电暴便来源于激波相互作用驱动的辐射。

  然而这些理论仍只是倘若,迅速射电暴的来源照样是个谜团。为何它这样难以探寻根源?“迅速射电暴几毫秒间就湮灭了,专门难以捕获。因此,这个题目几乎是天文学中最难的题目之一。”中国科学院国家天文台钻研员韩金林说。

  经过大约10年的探测,天文学家搜集了大约150众个迅速射电暴的爆发源,经由过程测量信号穿过星系际和银河系介质的效答,能够断定这些爆发源中的绝大无数不在银河系内。

  2017年,天文学家捕获到一个毫秒射电暴发,它竟然在几个幼时内重复了几次。天文学家行使全世界众台大型射电看远镜说相符探测,并行使几毫秒的记录信号进走迅速定位,终于将这个重复暴发的迅速射电暴的爆发源定位到距离地球30亿光年的一个星系内。

  为两大派系理论争锋一锤定音

  以前,由于吾国异国大型射电看远镜,中国天文学家无法拿到第一手原料,因此在这个前沿周围的钻研中,他们众是偏重于理论钻研。

  FAST在探测迅速射电暴方面具有无可比拟的上风。“‘中国天眼’的授与面积专门大,超高的智慧度使其能够看到其他看远镜看不到的、比较弱的脉冲辐射。”李柯伽说。

  2019年,天文学家行使FAST不都雅测了一个爆发源FRB 180301。2018年3月1日,澳大利亚首次探测到了这个爆发源,钻研人员期待能够确定这个爆发源是否会重复暴发。幸运的是,2019年7月16日,在2幼时不都雅测中,钻研团队写意探测到了4次暴发。

  但随后在9月11日4个幼时的不都雅测中,钻研团队竟然什么信号也异国探测到。经过钻研,他们发现澳大利亚通知的爆发源位置有偏差,随后调整了不都雅测策略,将看远镜对准位置调正,并记录偏振信号。在2019年10月6日和7日,FAST在6个幼时内探测到11次暴发。

  统计下来,在共计12个幼时的不都雅测时间里,FAST探测到了15次暴发,每次电波闪现的强度弯线也各不相通。“这个爆发源与30亿光年外的谁人爆发源距离相通、射电暴发率相通,但强度上要弱许众。”韩金林说。

  更主要的是,不都雅测发现,FRB 180301的偏振走为具有复杂的众样性。

  “现在,吾们不都雅测了一个新的迅速射电重复暴,经由过程对11次暴发电波的高智慧度偏振信号解析,吾们发现其每个脉冲的偏振特性都纷歧样。FAST不都雅测到的偏振转折众样性清晰表明:宇宙中迅速射电暴的爆发源能够来自致密天体磁层中的物理过程。”韩金林说,这个不都雅测效果直接否定了一批国际学者关于迅速射电暴来自粒子冲撞的理论,为近几年两大派系的理论争锋一锤定音。

  “相通于地球,磁星也会形成磁层。吾们这次的不都雅测是迅速射电暴来源于磁层的一个最直接证据。”李柯伽说。

  追踪到磁星与迅速射电暴之间的有关

  2020年4月,北京师范大学的林琳博士挑出了行使FAST不都雅测银河系磁星SGR J1935+2154柔伽马射线重复暴源(SGR)的申请。经准许后,钻研人员行使FAST的L波段19波束授与机,对SGR J1935+2154进走了不息监测。在SGR J1935+2154的X射线和柔伽马射线暴发活跃期、稀奇是29个柔伽马射线暴对答的准确时间节点上未探测到任何射电脉冲辐射。

  借助FAST超高的智慧度,结相符此前添拿大氢强度测绘实验(CHIME)看远镜和暂现射电天文辐射巡天2(STARE-2)的探测,FAST实现了对8个数目级亮度空间的遮盖,给出了这一银河系内迅速射电暴源迄今最厉格的射电流量节制。

  磁星是高度磁化的稀奇致密天体,4月28日,添拿大氢强度测绘实验看远镜首次在银河系内磁星SGR J1935+2154上探测到了清明的毫秒级射电暴FRB 200428,追踪到磁星与迅速射电暴之间的有关。

  本次FAST不都雅测结相符了国际众波段设备,比如费米卫星伽马暴监测器(Fermi-GBM)、光学BOOTES看远镜及慧眼卫星硬X线调制看远镜(Insight-HXMT)等。FAST的测量效果对钻研迅速射电暴的首源和物理机制,具有相等主要的意义。不都雅测效果外明,迅速射电暴与柔伽马射线重复暴发具有较弱的有关性。

  “这有几栽能够的因为:一栽是迅速射电暴能够存在高度相对论性和稀奇几何位形的集束效答;另一栽是迅速射电暴光谱能够很窄且大片面远隔FAST不都雅测波段;此外也能够是与柔伽马射线暴成协的迅速射电暴比较稀奇。”中国科学院国家天文台王培博士说,异日必要对银河系内更众迅速射电暴进一步不都雅测,往鉴定哪栽注释更挨近切确答案。

  磁星:宇宙中的磁场“怪物”

  磁星是一栽具有超强磁场的中子星,其外貌磁场比现在人类实验室能制造出来的最强磁场还强上亿倍。科学家认为,当两个相互绕转的中子星并相符后,会形成一个新的质量更大的致密天体,倘若这个新天体的质量超过中子星的质量上限,那么天体内部物质的压力将难以抗衡天体自己的引力,使得天体直接坍缩成为一个暗洞。但天文学家认为,在塌缩之前它很有能够会先形成一个更添兴趣的天体——磁星。

  1992年,天文学家罗伯特·邓肯和克里斯托佛·汤普森最先预言了这栽微妙的天体,磁星理论也逐渐被人们所授与。但磁星较为稀奇,现在天文学家并不确定为何它的磁场这样重大。一栽不都雅点认为,倘若一颗中子星的旋转使其温度和磁场能够完善地结相符在一首,那么它会像发电机相通将其磁场放大一千倍。

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