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加拿大科學家總共監測到了13個快速射電爆,這些神祕的瞬間高能量脈衝從數十億光年之外的未知起源地到達我們。有趣的是,這些紀錄的突發脈衝之一是中繼器。

圖解:藝術家描繪的一個破裂的磁星——一個具有極強磁場的旋轉中子星。這些奇異的物體可能是科學家觀測到的神祕宇宙爆發的源頭。

快速射電暴(FRBs)在2002年首次被發現,至今仍使天文學家感到迷惑,他們一直在努力理解這些強大發射的來源。FRBs僅僅持續了幾毫秒,其不可預測的顯示使觀察異常困難。令人難以置信的是,這些無線電起源於遙遠的星系,以高能量穿越宇宙達數十億年之久的。對FRBs的流行解釋包括具有強磁場(稱為磁星)的快速旋轉中子星,高密度物體的合併,坍塌的恆星,超大品質的黑洞,以及更具推理性的外星文明。

FRBs往往是稍縱即逝的事物,但2012年Puerto Rico’s Arecibo射電望遠鏡發現了一個名為FRB 1211012的重複FRB。這個中繼器的發現意義重大,因為這意味著該特定的FRB(可能還有其它的FRB)的來源不是災難性爆炸的結果,而是隨著時間的推移而持續存在的事物。

的確,我們對FRBs的理解還處於早期階段,但發表在《自然》雜誌上的兩篇論文提供了關於宇宙這一神祕特徵的誘人的線索。第一篇論文描述了13個突發脈衝,其中一個是一箇中繼器,並在第二篇論文中做了詳細描述,使其成為有史以來第二個記錄的中繼器。

這個Bs是由位於不列顛哥倫比亞Okanagan山谷的全新CHIME儀器或加拿大氫強度繪圖實驗探測到的。2017年啟動該專案,由來自不列顛哥倫比亞大學,麥吉爾大學,多倫多大學,物理理論周邊研究所和加拿大國家研究委員會的加拿大科學家合作。值得注意的是,2018年夏季,當天文學家仍在使系統聯機並且CHIME的執行僅佔其全部容量的一小部分時,就在三週內探測到了13次爆發。

在13個FRB中,有7個出人意料地在400兆赫(MHz)下被探測到,這是迄今為止對這些突發脈衝測量的最低無線電頻率。FRBs通常在1400MHz範圍內,而之前的最低頻率為700MHz。CHIME旨在檢測400到800MHz範圍內的FRBs。出人意料地低400MHz頻率表明,FRBs可能在更低的頻率下被檢測到,但必須使用另一種儀器來檢測,因為這是CHIME所能達到的最低頻率。

McGill太空研究所的天文學家,這項研究的合著者Shriharsh Tendulkar說,無線電頻率有助於科學家理解FRBs可能的發射機制和過程,以及無線電波在太空中傳播時遇到的影響。

“不同的發射機制期望FRBs將在一定的無線電頻率範圍內發射,就像燈泡不能發射X線或微波爐不能發射紫外線一樣,” Tendulkar告訴Gizmodo。“通過探測和表徵不同的頻率快速射電爆,我們可以更好地理解哪些理論有效,哪些無效。這仍然是一個早期的領域,所以很難在理論上施加具體限制,但我們的工作是朝著這個方向邁出一步。”

此外,當無線電波在太空中傳播時,它們與星際和星系間等離子體的電子和磁場相互作用。Tendulkar說,這些相互作用會對無線電波造成吸收,散射和許多其他影響。這些效應隨著頻率的變化而變化,其中許多效應在較低的頻率下變得更強。因此,在較低頻率下更容易測量和理解這些效應。

至於中繼器,它被叫作FRB 180814.J0422+73。天文學家從這個單一源頭探測到6次重複爆發,都來自太空中的同一位置。重複FRB的來源位於距地球約15億光年的地方,這比距離兩倍的FRB 1211012要近得多。重要的是,已知的重複 FRBs數量現在不止一個,所以我們知道FRB 1211012不是某種異常。有了這個發現,天文學家現在希望找到更多的中繼器。

Emily Petroff是來自ASTRON——荷蘭射電天文學研究所的天文學家,也是FRBs的專家,她認為這些論文中的方法“特別好”,她喜歡CHIME天文學家沒有“過度解讀來自不穩定校準的資料”。哈佛天文學家Avi Loeb告訴Gizmodo這個報道的結果是“可信且可靠”。

Petroff說CHIME天文學家發現另一個重複的FRB並不令她感驚訝,但她驚訝他們發現的這麼快。

“我認為這對所有FRB探索將在不久的將來上線有很好的預兆,”她對Gizmodo說。“中繼器可能並不像FRB 121102那樣讓我們害怕。我期待著有一天我們有數百個中繼器。”

Petroff也很驚訝CHIME這麼快就找到了這麼多FRB。考慮到使用預調式資料在如此短的時間探測到13個FRB,“想象一下在全靈敏度資料中等待我們的是什麼,”她說。

Loeb說我們現在知道大約60個已知來源的2箇中繼器,這“意味著中繼器的數量是不可忽略的,但也代表了少數,不到整個FRB來源總數的十分之一。”他說,雖然有趣,但這些觀察不能告訴我們這些來源的性質——至少目前還不能。

Loeb告訴Gizmodo,“根本問題是中繼器是否在性質和距離規模上不同於非中繼器。”“原則上,可能有兩個不同型別的來源,就像伽馬射線暴(GRBs)的情況,持續時間長的GRBs(持續數秒以上)和大品質恆星的坍塌有關,持續時間短的GRBs和中子星相撞有關。”

Loeb認為,另一個需要牢記的有趣的點是,第一個中繼器以中繼器沒有觀察到的頻率展示了相關的永續性無線電源。在第一個中繼器中找出這種永續性的本質和原因將是有幫助的,他說,“因為這有可能會揭示FRB排放的中心引擎。”

Tendulkar告訴Gizmodo,在探測和鑑定FRB的方面,仍然有大量的工作需要去做。“我們希望精確定位他們,並且了解他們來自哪個星系。我們還想研究整個FRB種群的特性,並嘗試了解是否有引起中繼器和非中繼器的不同來源。”

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. George Dvorsky- gizmodo-Αύρα

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