什么比太阳更亮,只出现了一秒钟,却每天照亮地球几千次?
如果你被难住了,不要担心——专家也一样。近十年来,天体物理学家一直在努力解释无线电波在天空中发出的令人困惑的毫秒级啁啾。现在,几项新的研究使研究人员更接近于解决这个谜题,方法是把对射电闪光起源的搜索缩小到遥远星系中年轻恒星爆发的范围。
西弗吉尼亚大学的天体物理学家Duncan Lorimer和他的同事根据澳大利亚帕克斯射电望远镜的数据,杏耀苹果客户端在2007年宣布了第一个被称为“快速射电暴”或FRBs的明亮而短暂的事件。流入帕克斯盘的无线电信号被奇怪地抹去了,高频波比低频波早到达几分之一秒,这是由于弥漫在星际和星系间的等离子体散射造成的。无线电信号越模糊,它通过的等离子体就越多,它可能在太空中走得越远。洛里默和他的合作者分析了这片污迹,做出了一个粗略的估计:爆炸可能来自几十亿光年之外。如果它们真的来自如此遥远的地方,而且还能发现更多,那么frb就为天文学家提供了一种更好地测量浩瀚宇宙距离、更深入地探索恒星和星系之间的黑暗空间的方法。搜寻仍在进行。
基于对小块天空的小范围调查,自2007年以来,天文学家已经发表了十多篇关于FRB探测的论文,并且正在讨论另外十多篇尚未发表在文献中的论文。外推整个天空,这些微弱的结果表明,frb每天在头顶上闪烁多达1万次。如果正如大多数研究人员所认为的那样,
杏耀平台的体会,frb起源于银河系之外,那就意味着每一个frb在几毫秒内释放的能量相当于太阳一小时到一年的总能量输出。
然而,FRBs的来源仍然未知。是什么导致了如此激烈、频繁的事件?多年来,研究人员提出了如此多的答案,以至于现在关于FRB起源的理论比观测到的FRB还要多。
有一段时间,一些怀疑论者倾向于地球范围内的解释,他们猜测在帕克斯看到的frb与长期困扰天文台的手机和其他电子设备的人为干扰有关;今年早些时候,当帕克斯的天文学家们发现,与真正的frb的随机到达不同,异常的地面无线电信号在午餐时间左右出现在他们的数据中,是由天文台休息室里一个错误的微波炉产生的,这些担忧就被打消了。更多的推测认为frb是由蒸发的黑洞,或者是由振荡的原始宇宙弦,或者是由健谈的外星人引起的。然而,这些想法中没有一个对理论家有很大的影响:frb似乎只是太频繁地出现而不能用这些建议来解释。
一般来说,最引人注目的理论可以集中到两大类:美联储是造成相对罕见爆炸之间的碰撞对老化,退化恒星残骸像老中子星或白矮星,或者他们是由各式各样的更常见的强大,潜在周期性爆发从年轻、快速旋转的中子星称为脉冲星。两组理论可以解释美联储的流行,尽管他们有不同的影响:collision-based模型显示美联储非常精力充沛的一次性事件经常发生几十亿光年之外,而outburst-based模型显示美联储更精力充沛、潜在的可重复的,往往是“仅仅”数亿光年。
找到源
现在,美国国家科学基金会(National Science Foundation)在西弗吉尼亚州的格林班克望远镜(Green Bank Telescope)观测到的一个FRB,进一步证明了这一奇异现象确实起源于其他星系,是由年轻恒星的爆发引起的,而不是古老恒星的碰撞。研究结果发表在《自然》杂志上(《科学美国人》是《自然》出版集团的一部分)。
英属哥伦比亚大学的天体物理学家Kiyoshi Masui和他的同事测量了FRB模糊的无线电波,估计它的源头远达60亿光年。但他们并没有就此止步——他们还测量了它的极化、它在太空中传播时的方向,以及它在穿越密度特别大的等离子体区域时所造成的弥散的不对称性。美联储的极化是扭曲的像一个螺旋,表明无线电波通过一个强大的磁场,而其非对称模糊建议它也经过一个“分散的地区,”一个厚的等离子屏幕后不久emission-likely出现在另一个星系的线索。
马苏伊说:“我们的主要结论是,爆炸的源头被一个有磁场和稠密气体的区域所包围,就像恒星形成星云、超新星遗迹或星系的中心区域那样。”这样的环境往往孕育着多种年轻的、高度活跃的脉冲星,而不是古老的中子星和白矮星,因此前者最有可能是这种特定的FRB的前身。
另一项由马克斯·普朗克射电天文研究所天体物理学家大卫·钱皮恩和他的同事们提交给皇家天文学会月刊的研究,是对FRB模型的又一次打击。该研究报告在帕克斯发现了一个FRB,它一次爆炸,然后又一次爆炸。
“我们有一个脉冲,然后是几毫秒的间隙,然后是另一个同样大的和短的脉冲,”钱皮恩说。双暴很难与中微子-恒星或白矮星的合并相协调,它们的合并被认为会导致两个碰撞物体几乎在瞬间消失——在碰撞产生的短暂而强烈的爆炸之后,就没有多少剩余来产生第二个后续的爆炸了。
不是通过碰撞,而是由超大质量的恒星坍缩形成黑洞,或者由标准脉冲星产生巨大的无线电脉冲,或者由磁星上的“星震”产生巨大的耀斑——一种罕见的具有极强磁场的脉冲星。
11月30日,由加州理工学院天体物理学家Shrinivas Kulkarni和他的同事们上传至arXiv预印库的第三项研究,检验了去年在波多黎各使用阿雷西博射电望远镜宣布的FRB。与马苏伊和他的同事一样,库尔卡尼的团队在FRB的性质中发现了有力的证据,表明它是在稠密的、磁化的等离子体区域附近发射的,可能是一个遥远星系中的恒星形成星云。Kulkarni首选的罪魁祸首?巨大的岩浆爆发。
保持它的简单吗?
即便如此,确定性仍然难以捉摸。钱皮恩承认:“我们正在考虑在我们自己的星系中还没有直接看到的罕见事件。”“我们正在观察我们确实看到的现象,并询问它们是否很少在更高的能量下发生。”
基于这个原因,康奈尔大学的天体物理学家James Cordes喜欢将他的FRB理论简单化。他更倾向于将frb解释为相对普通的脉冲星发出的巨大脉冲,而不是奇异的磁星星震的产物。Cordes说,附近蟹状星云的脉冲星有规律地发出非常大的脉冲,尽管还没有人见过它产生大到足以产生frb的脉冲。Cordes说:“脉冲星的美妙之处在于,它们的数量非常多。”在可观测的宇宙中,脉冲星的数量超过了一百万亿。根据这些数字,每100亿年每颗中子星只有一个巨大的脉冲可以解释frb的估计盛行率。然而,更现实的情况是,这样的脉冲在宇宙中是看不清楚的,Cordes说。“这意味着每个物体需要更多的巨大脉冲,这意味着这些东西必须重复。“但是,到目前为止,还没有发现重复的frb,尽管有几个团队正在热切地寻找它们和它们的宿主星系。
简单、普通的frb源的吸引力使一些研究人员提出,它们根本不是宇宙现象,而是来自银河系和其他非常近的星系中相当普通的闪耀恒星。但是根据《自然》杂志的合著者、西弗吉尼亚大学的天体物理学家莫拉·麦克劳克林的说法,这样的模型与她的团队测量的FRB被厚的等离子体不对称涂抹的结果是不相容的。麦克劳克林指出,杏耀苹果app它们周围的等离子云至少比地球到太阳的距离大十倍,比典型恒星周围的等离子层大一个数量级。麦克劳克林说:“这就排除了亮星起源的可能性。”“我相信我们很快就能解开这个谜团。”
其他研究人员则不这么认为。哈佛大学天体物理学家阿维·勒布(Avi Loeb)是闪星模型的支持者,他说,《自然》杂志的研究绝不是故事的结尾。勒布说,如果散射FRB无线电波的等离子体实际上就在FRB源附近,“那么支持宇宙起源的原始论点——即散射在星系间空间——就没有意义了。”他承认,没人见过耀斑恒星周围的超大等离子云,但也没人见过竞争模型所要求的超大磁星地震或巨脉冲。
“自然常常比理论家更富有想象力,”勒布说。“我真心希望frb来自奇异的宇宙源,但现在我们必须收集更多的数据,测试更保守的替代方案。去年11月,勒布和他的学生本·马格里特(Ben Margalit)向《皇家天文学会月刊》(Monthly of the Royal Astronomical Society)提交了一篇论文,建议用一种新方法来确定与FRBs的距离,从而一劳永逸地解决这个谜题。
洛里默是2007年帮助发现FRBs的研究人员,他说未来还会有更多的惊喜。钱皮恩和他的同事观测到的双暴几乎可以肯定不是由碰撞中子星产生的,但理论学家已经证明似乎有很多方法可以制造frb。洛里默说:“那里可能有多种生物种群。”研究人员可能很快就会发现它们,这要归功于射电望远镜阵列的加速搜索和太空望远镜的多波长随机观测。“很明显,”他说,“整个FRBs领域现在充满了可能性。”