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  • 中国天眼主要效果宣布,两篇Nature都与它有关

    本文来自微信民众号:科学大院(ID:kexuedayuan),作者:蕉叶,题图来自:视觉中国

    近日,4篇论文同时在有名学术期刊《天然》上宣告,发明并论证了一个河内疾速射电暴FRB 200428劈头于磁星SGR 1935+2154,为“疾速射电暴源于磁星”这一理论猜想增添了有力的证据。个中一篇论文恰是基于我国FAST千里镜的观察效果。而就在10月尾,FAST的观察效果第一次登上《天然》期刊,也是关于疾速射电暴。

    中国天眼主要效果宣布,两篇Nature都与它有关插图

    来自磁星磁层的疾速射电暴(艺术图)

    (图片泉源:中国科学院国度天文台)

    疾速射电暴:发明与质疑

    2007年,天文学家洛里默(Lorimer)在一份旧的观察数据(澳大利亚帕克斯64米射电千里镜2001年7月的一次观察)中发明了一个通亮、色散量大、持续时间仅为约莫5毫秒的射电波段爆发。更让人惊奇的是,假如依据观察到的色散量对间隔举行预计,发出这个“洛里默暴”的天体间隔地球应当有36亿光年!

    虽然“洛里默暴”相关研讨效果当时宣告有名学术期刊《科学》上,但不少天文学家并不以为这一观察征象真的来自悠远的宇宙空间。

    人人的疑心不无道理:

    1. 这个爆发只涌现过一次,后续观察没有再发明,也就是说没法被反复观察考证;

    2. 这个信号太亮了。亮到让天文学家觉得很不真实,难以用已知的天文征象去诠释;

    3. 帕克斯64米千里镜曾观察到被称为“perytons”(佩利冬,传说中一种半鹿半鸟的怪兽,而它的影子却为人形)的信号。该信号与“洛里默暴”有一定的相似性,也有显著的色散量,但能够一定是地球上的滋扰信号。厥后“perytons”被证实是帕克斯天文台里的微波炉发生的信号。

    因而,“洛里默暴”的发明并没有引发天文学家过量的注重,直到6年以后,在2013年,人们观察到了别的4个同类射电爆发,相关范畴的天文学家入手下手躁动起来。

    此类射电爆发被正式称为疾速射电暴(Fast Radio Burst,FRB)

    劈头之谜

    有关疾速射电暴,人们知之甚少。就连它终究劈头于那边?天文学家都有多种看法。

    前面讲到,疾速射电暴有一个特点是色散量大。色散,是电磁波流传历程当中遭到自由电子影响而发生一种观察效应。电磁波穿过的电子越多,色散效应就越显著,色散量也越大。

    天文学家如今已或许晓得银河系中电子的散布状况,也就是说能预计出银河系中恣意位置发出的电磁波抵达地球所会发生的色散量大小。而关于疾速射电暴而言,纵然假定发出该信号的天体来自银河系边沿,预算出来的色散量也远小于观察到的色散量。

    部份天文学家就以为,“多出来的”色散量,应当是在银河系外的电子影响下发生的。基于各种物理假定,天文学家能够依据色散量大小,将疾速射电暴定位在阔别银河系的宇宙空间中。然则,天文学家一时找不到一类能够在云云悠远的处所发出云云短临时通亮信号的天体。部份天文学家以为疾速射电暴应当源于悠远星系中的致密天体,比方:中子星的某种特别辐射机制、中子星-白矮星兼并、双中子星兼并、黑洞蒸发等等。

    也有部份天文学家直接否认疾速射电暴劈头于银河系外的说法,以为它们应当来自银河系以内,其大色散量则源于对应天体四周未知的电子气体。

    由于初期发明的疾速射电暴都只涌现过一次,观察获得的信息很有限,所以对它们终究来自于银河系外照样银河系内存在争议。直到2016年,人们初次发明一颗反复涌现的疾速射电暴 FRB 121102,事变才涌现起色。

    反复爆发,意味着天文学家能够动用多种手腕对该疾速射电暴举行屡次丈量。2017年,天文学家对FRB 121102举行了高精度的定位,并在该位置观察到它地点的悠远的星系,由此确认了疾速射电暴劈头于银河系外的看法。

    然则,关于疾速射电暴终究由哪一种天体发生,照样存在着争辩。

    跟着观察和研讨的推动,在疾速射电暴劈头的浩瀚大概性当中,部份天文学家更倾向于以下两种大概性之一:

    1.  中子星磁层的相关辐射;

    2.  中子星发生的相对论激波与星际介质作用引发相关辐射。

    而FAST近期的效果,给第一种劈头理论增加了重重的砝码。

    中国天眼主要效果宣布,两篇Nature都与它有关插图1

    FAST的裁定(一)

    2019年,FAST入手下手接收国内天文学家的观察请求。北京大学与中国科学院国度天文台团结造就博士研讨生罗睿借此难过的时机,应用FAST千里镜对一颗疾速射电暴FRB 180301举行观察,愿望探测到它的反复爆发。

    很荣幸,在统共12小时观察时间内,FAST屡次观察FRB 180301,看到了15个反复爆发。

    更荣幸的是,FAST对个中11个反复爆发举行了偏振观察,并获得了个中7个反复暴的高灵敏度偏振信息。

    FAST这个观察效果初次在反复暴的单个脉冲之间发明偏振位置角发生变化。

    假如疾速射电暴真的就是前面讲到的两种劈头之一:中子星磁层相关,或许中子星相对论激波相关,那末FAST的观察效果相当于宣告“中子星磁层相关”这一理论的正确性。由于相对论激波相关理论难以发生变化的偏振位置角。

    FAST的裁定(二)

    2020年4月28日,加拿大氢强度映照试验(CHIME)的柱状面千里镜探测到一个疾速射电暴。随后,天文学家在美国STARE2千里镜一样平常观察数据中,也找到了这个疾速射电暴。依据这个疾速射电暴抵达地球的日期,它被命名为FRB 200428。FRB 200428涌现的位置,与一颗已知的磁星SGR 1935+2154(为了轻易人人浏览,以下简称“磁星S”)的位置重合。

    磁星是带有强磁场的中子星。其典范磁场强度到达10的14次方高斯(一百万亿高斯)。作为比较,地球的磁场强度约为0.25~0.65高斯。

    当科学家像以往那样经由历程色散量去预计这个疾速射电暴的间隔时,发明它应当在银河系内里!而且预计出来FRB 200428的间隔与磁星S的间隔也基础一致。雷同的方向,雷同的间隔,也就是说FRB 200428的信号来自于磁星S。这是天文学家第一次观察到位于银河系内的疾速射电暴。

    磁星S是一个软伽马射线反复源(Soft-Gamma-ray Repeater,SRG),就是说它会屡次发出软伽马射线波段的电磁波。由于此前天文学家就有以为疾速射电暴大概与软伽马射线反复暴存在联络,所以早在FRB 200428被探测到之前,我国天文学家就入手下手使用FAST千里镜对磁星S举行屡次监测,愿望证实疾速射电暴与软伽马射线反复暴之间是不是存在联络。

    惋惜的是,在疾速射电暴FRB 200428涌现的时刻,FAST正忙着观察其他星星。而且在FAST对磁星S举行观察的时刻,也没有涌现其他的疾速射电暴事宜。

    荣幸的是,在FRB 200428到达地球的14个小时之前,FAST对磁星S举行了约莫一个小时的一连观察,而在这段时间内,磁星S发出了29个软伽马射线暴。

    简朴地说,这事变的逻辑是如许的:

    人人疑心疾速射电暴和软伽马射线暴之间有联络,因而FAST就去盯着一颗大概会涌现软伽马射线暴的磁星看,想晓得等这颗磁星涌现软伽马射线暴的时刻会不会涌现疾速射电暴。而观察的效果是,软伽马射线暴涌现了29个,疾速射电暴并没有对应地涌现。那这个结论就很显著了:疾速射电暴和软伽马射线暴之间大概并没有显著的关联。

    FAST的这一观察效果,一样也在申明,疾速射电暴的劈头应当是中子星磁层相关,而非相对论激波相关。

    FAST在2020年4月30日对磁星S也举行了一个小时的观察。在这个观察中,FAST探测到来自该磁星的一个微小的射电脉冲信号。这个脉冲信号比美国STARE2千里镜一定的疾速射电暴FRB 200428信号强度弱了约莫两千五百万倍,所以FAST看到的并不算是疾速射电暴。但FAST看到的这个信号与疾速射电暴FRB 200428具有一致的色散量和法拉第旋转量,能够申明这个弱脉冲与FRB 200428应当来自统一天体。

    劈头非磁星莫属?并不一定

    那末,疾速射电暴就一定来自于磁星了吗?天文学家给出的答案是不是认的。

    此次多台天文千里镜对疾速射电暴FRB 200428的观察效果,只能申明磁星是疾速射电暴一种大概的劈头,并不能申明一切疾速射电暴都来自磁星。

    FRB 200428的能量比起发明的银河系外最弱的疾速射电暴要弱30倍,而比起发明的最强的疾速射电暴,则要弱一亿倍!因而,有天文学家以为较暗的、有反复爆发的疾速射电暴劈头于磁星;只观察到一次爆发的,一般也是较亮的疾速射电暴,则劈头于两个致密天体(如:白矮星、中子星、黑洞)碰撞兼并,或其他极度征象。

    不过,也有天文学家以为如今探测到的疾速射电暴并没有表现出显著的分类趋向,我们能够以为它们都是泉源于统一类物理劈头。

    往后或许会有来自多信使天文学的观察效果,来为我们进一步揭开疾速射电暴劈头的面纱。

    期待FAST……

    FAST对疾速射电暴FRB 180301的偏振观察,以及与疾速射电暴FRB 200428相关的观察,有力地申明疾速射电暴极大概就是源于磁星的磁层。天文学家对发出疾速射电暴的天体,以及发生疾速射电暴的物理历程有了进一步的熟悉。

    FAST的观察效果,也是在用现实效果申明:中国的天文学家能够依附FAST千里镜高明的机能,做出天下一流的研讨效果。

    让我们期待FAST为我们带来更多的欣喜。

    参考文献:

    [1] Luo, R. et al. Diverse polarization angle swings from a repeating fast radio burst source. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-020-2827-2 (2020).

    [2] The CHIME/FRB Collaboration. A bright millisecond-duration radio burst from a Galactic magnetar. Nature http://doi.org/10.1038/s41586-020-2863-y (2020).

    [3] Bochenek, C. D. et al. A fast radio burst associated with a Galactic magnetar. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-020-2872-x (2020).

    [4] Lin, L. et al. No pulsed radio emission during a bursting phase of a Galactic magnetar. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-020-2839-y (2020).

    [5] Zhang, B. The physical mechanisms of fast radio bursts. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-020-2828-1 (2020)

    中国天眼主要效果宣布,两篇Nature都与它有关插图2

    本文由科普中国融会创作出品,蕉叶制造,中国科学院计算机网络信息中心监制,“科普中国”是中国科协带同社会各方应用信息化手腕展开科学流传的科学威望品牌。

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