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神秘的快速射电暴,到底来自宇宙何方?我们为何要去研究它呢?93 / 作者:zero_river / 帖子ID:52200,208615

图:一位艺术家对澳大利亚平方千米阵探路者观测快速射电暴的印象。

在六月底七月初的一周内,位于澳大利亚和美国的两个射线天文学家团队宣布其各自独立解决了一个长达十年的天文学问题:确定了一种被称为快速射电暴(fast radio bursts ,FRBs)的强烈的星际间辐射爆发的来源。
神秘的快速射电暴,到底来自宇宙何方?我们为何要去研究它呢?73 / 作者:zero_river / 帖子ID:52200,208615

快速射电暴是一种巨大的射线能量,在几毫秒内就能以无线电波的形式释放出太阳在一个月内释放出的能量。我们现在还不知道它到底是由什么引起的,但是肯定是发生了一些大事,比如中子星之间的碰撞,甚至是中子星坠入黑洞。Keith Bannister是澳大利亚团队的负责人,拥有着联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的澳洲国立巨型望远镜(ATNF)。他说:很长时间以来,人们提出的理论已经比已经发现的电暴数量还要多。
神秘的快速射电暴,到底来自宇宙何方?我们为何要去研究它呢?29 / 作者:zero_river / 帖子ID:52200,208615

Bannister说:快速射电暴十分普遍,平均每天都有200个左右试图穿过天空,但是只有很小一部分能被检测到,因为传统的射线望远镜只能捕捉到天空的一小部分画面。而且绝大多数都是一次性事件,因此,一旦发现也很难确定他们来自哪个星系。

为了解决这个问题,Bannister团队安装了36个相同的12米的射线望远镜,他们共同组成了澳大利亚平方千米阵探路者,位于澳大利亚西部。他们含有一个相控阵馈源,这使得每个碟形天线都可以一次观测到天空的36个不同区域,每个区域都要比满月大二百倍左右。他们还升级了软件以便通过信号到达各个望远镜的0.1 纳秒的时间差对快速射电暴进行三角测量。Bannister说:这种方法可以将它的来源精确到1/50000的精度,相当于200米外检测到人类头发的的宽度。
神秘的快速射电暴,到底来自宇宙何方?我们为何要去研究它呢?6 / 作者:zero_river / 帖子ID:52200,208615

美国团队则采用了不同的方法,他们没有对一个已经存在的望远镜阵列进行翻新,而是从头开始新建了一个。其负责人,帕萨迪纳加州理工学院的射电天文学家Vikram Ravi说:由于快速射电暴亮度极高,我和Bannister都意识到了我们可以利用相对不敏感但是宽视场的望远镜来确定他们的位置。因此他的团队买了10个宽视场4.5米的射线天线,这比最好的卫星电视的天线也大不了多少;把他们放在加州东部的欧文斯谷中,总成本低于50万美元。

Ravi说:这个实验的成本极少,我亲自把他们安放在合适的位置并且手动聚焦。他又补充说:我们的最终目标就是扩大这个项目,把天线的数量增加到110个。
神秘的快速射电暴,到底来自宇宙何方?我们为何要去研究它呢?63 / 作者:zero_river / 帖子ID:52200,208615

那么找到快速射电暴的来源为什么这么重要呢?原因有两个;

第一个原因是这能让我们理解他们是怎样产生的,比如,由Bannister团队定位的快速射电暴并不是来源于星系中心,而是来自星系边缘,或者至少在外周部分。这说明这个快速射电暴并不是由星系中心的巨大黑洞产生的。

Ravi补充说:这两个快速射电暴都来自于类似于银河系的成熟星系,这十分有趣,因为在这之前唯一一个来源被确认过的快速射电暴是来自一种与银河系完全不同的星系,这是一个重复暴源,它的重复暴使其能够很容易被定位,它来源的星系比银河系小1000倍,但是正处于星爆阶段,在此阶段它会以极快的速度形成新的恒星。在此基础上,有一种理论认为快速射电暴来源于这种星系中最大新星的死亡,它们迅速生长并且在光芒四射中死亡,也被称为超新星。
神秘的快速射电暴,到底来自宇宙何方?我们为何要去研究它呢?42 / 作者:zero_river / 帖子ID:52200,208615

但是在相对成熟的星系中,这种大型的爆炸并不常见,这说明由Bannister和Ravi团队确定的两个快速射电暴很可能不是由超新星引起的。

Ravi说:确定快速射电暴来源的位置也非常重要,因为它们可以用作检测宇宙中物质分布的探测器,天文学中一个很大的问题就是宇宙中大部分物质我们都观测不到。这些物质很多都是暗物质,这是一种至今只能通过其重力检测到的神秘物质,但是大部分正常物质我们也是看不见的。我们所知道的就是他们非常非常热,大概有100万摄氏度甚至更高,而且它们分布得非常弥散,部分包含在星系周围的微弱光晕中,但也可能分散在整个星系间介质中。快速射电暴能提供一种方法,可以弄清这些看不见的物质在哪里,是如何分布的。

这是因为当射电暴穿过这种漫射介质时,不同的频率以略微不同的速度传播。 这种差异很微弱,但这已经足够了。快速射电暴信号在传播过程中会被拉伸,频率越高走得越快,频率越低走得越慢。
神秘的快速射电暴,到底来自宇宙何方?我们为何要去研究它呢?68 / 作者:zero_river / 帖子ID:52200,208615

Ravi说:我们观测到先到达得是高频电暴,而后到达的是低频电暴,这种效应能把1毫秒的快速射电暴延长到近似1秒。

信号的不同部分也会以不同路径到达这里,部分信号开始会以与主要部分有轻微差别的方向穿行,然后会最终折回我们的视线中。这有点像星星闪烁的原理。这种效应很微弱,但是也能表明快速射电暴穿过的介质可能是“块状”的,而不是均匀分布的。

为了把这些搞清楚,我们必须得知道快速射电暴在到达地球前到底穿过了多远的距离,也要知道它接近过多少个星系,这就是尽可能多地找到这些信号的源星系是很有用的另一个原因。
神秘的快速射电暴,到底来自宇宙何方?我们为何要去研究它呢?100 / 作者:zero_river / 帖子ID:52200,208615

纽约伊萨卡康奈尔大学的射电天文学家,也是定位了那个重复快速射电暴的团队负责人沙米·查特吉(Shami Chatterjee)也表示同意。

他说:他们的发现是一个伟大的技术成就,应该打开了通往更多其他类似发现的大门,让快速射电暴不愧为星际间介质的探测器。一旦我们能够确定几十个这样的发现,快速射电暴将成为唯一可行的星际间介质的探测器之一。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Richard A. Lovett- cosmosmagazine-明媚

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