首页 体育 教育 财经 社会 娱乐 军事 国内 科技 互联网 房产 国际 女人 汽车 游戏

科学家首次精农业银行个人银行登录确定位“快速射电暴”剑指40亿光年外的星系

2019-07-02

[摘要]最近,农业银行个人银行登录天文学家首次对非重复的“快速射电暴“进行了精确定位,剑指40亿光年外的一个星系。国家天文台博士研究生王维扬对这个事件以及重复“快速射电暴”的低频对应体事件进行了专业解读。

大家是否还记得年初那篇《外媒炸裂!真是外星人?宇宙深处神秘信号到底要不要回应?》的自媒体文章?其实是一种叫“快速射电暴“的自然现象。

最近,天文学家首次对非重复的“快速射电暴“进行了精确定位,剑指40亿光年外的一个星系。国家天文台博士研究生王维扬对这个事件以及重复“快速射电暴”的低频对应体事件进行了专业解读。

腾讯科技 文/ 王维扬 国家天文台博士研究生

2019年6月28日,我同平常一样打开arXiv,两篇关于快速射电暴的文章引起了我的注意。

其中一篇文章讲述了ASKAP团队实现了对非重复快速射电暴的精确定位,这是一篇快速射电暴领域非常重要的工作,当天上午我的朋友圈便被这项工作“刷爆”了。而另一篇,是关于CHIME搜寻到第一个重复暴低频辐射的文章,可能并不起眼,但也是一篇重要的工作。

FRB简介

快速射电暴,中国银行排名2017英文缩写FRB,是指一种毫秒量级亮度极高的射电辐射现象。FRB最早于2007年,被Duncan Lorimer教授于Parkes的历史搜寻中找到(Lorimer et al. 2007)。随后,全世界各大射电望远镜纷纷投入FRB的探测中,目前,公布的FRB已有将近100个,可重复的FRB两个。FRB通常具有较高的色散量(DM~100-2600 pc cm^-3),对比FRB方向上银河系等离子介质DM的贡献,人们发现FRB应该是一些银河系外的起源。如果我们追溯“FRB”一词的历史,会发现它最早使用于云南天文台学者1989年对太阳射电辐射爆发的研究中。当然,这个FRB并不是我们今天要提的这种流量极高的短快外星系射电暴。

图1 天体物理数据系统中搜索到最早的FRB一次出现的结果。

如果我们假设FRB的辐射是各向同性的,中国银行排名前十名我们发现FRB的亮度可以达到太阳的几千万甚至几百亿倍。能够在如此短的时间内产生如此强大的辐射,致密天体的活动成为了FRB最有可能的起源。然而,FRB究竟来自于怎样的天体活动过程,尚无定论。为了进一步揭开FRB起源的神秘面纱,全球科学家正在不懈地探索中。

FRB的精确定位始终是一个难题。由于这种辐射发生的时间太短,我们很难精确地给出FRB在天区中的位置,当然如果它们有重复,“一次不行,两次;两次不行,更多次”, FRB重复暴的发生降低了我们定位的难度。可目前看来,中国银行排名20强并不是所有的FRB都具有重复性,重复暴或许只是FRB家族中一些极端分子。

图2. 澳大利亚的ASKAP望远镜阵列,图片来自

图3. ASKAP对FRB 180824的观测结果。(图片源自Bannister et al. 2019)

非重复FRB的精确定位

最近,ASKAP团队首次实现了非重复FRB 180924的精确定位。ASKAP是一个位于澳大利亚,由36个单天线组成的射电望远镜阵列。在其处于调试运营阶段时,ASKAP团组便成功捕获了20多个FRB信号。本次使用天线干涉模式的观测,大大提高观测精度。

2018年9月24日的运行观测中,一例名为FRB 180924的事件被成功捕获,并且后续的跟踪观测中,暂未发现其重复性。科学家们通过联合光学波段的观测结果,成功确认了FRB 180924位于一个名为DES J214425.25-405400.81的早型漩涡星系中,中国银行排名前二十名定位精度可达0.04角秒,如图4所示。进一步研究宿主星系一些元素谱线的红移特征,发现这个宿主星系的红移约为0.32,推算它距离我们大约40亿光年。高精度的定位显示这个FRB源的位置,距离宿主星系中心大约4 kpc,即1.3万光年的位置。因此,这个FRB并不位于漩涡星系的中心,表明它的起源很可能与超大质量黑洞的爆发无关。

讲到这里,笔者忍不住对比第一个重复暴FRB 121102的观测结果。重复暴FRB 121102早在2017年就认证了它的宿主星系(Chatterjee et al. 2017),其宿主星系是一个矮的恒星形成星系。这个宿主星系距离我们大约30亿光年,红移约为0.19。我们发现FRB 121102和FRB 180924两者的宿主星系截然不同。非重复FRB 180924的宿主星系恒星形成率非常低,理财排名榜前十名且宿主星系贡献的DM看上去也比该重复暴的小一些。这似乎暗示我们,重复暴和非重复暴可能具有不同的物理机制。

科学家还在FRB 121102附近(40 pc以内的区域)发现了一个持续产生射电辐射的天体,这个天体究竟是什么至今尚不清楚。类似的持续射电源尚未在非重复暴中被观测到。对比另一个重复暴FRB 180814.J0422+73,至今还没有在这个重复暴附近找到持续射电辐射的天体的踪迹。

当电磁波穿过磁化等离子时,电磁波的偏振面在磁化等离子体内以前进方向为轴不断旋转,这种现象现象称为Faraday旋转效应。通过电磁波的偏振测量可以计算出Faraday旋转量。法拉第旋转量(RM)正比于等离子媒介的数密度于沿传播方向磁场分量的路径积分,故而反映了传播路径上的磁场强度。观测发现,FRB 180924的RM只有14 rad m^-2,远远小于重复暴FRB 121102。重复暴FRB 121102的RM 约为100000 rad m^-2,这表明它应该处于一个磁场环境极高的环境中(Michilli et al. 2018)。如此高的RM值,目前还没有在其他FRB中找到。此外,FRB 180924的线偏振成分大约为80%,而FRB 121102则高达100%。这似乎暗示我们,FRB 121102具有极其特殊的电磁场环境。重复与非重复FRB电磁环境的差别,是否会表明它们具有不同的起源,这是一个值得研究的问题。

图4. FRB 180924的宿主星系。射电暴源位于图中的Galaxy A之中。(图片源自Bannister et al. 2019)

FRB 121102的低频对应体

重复FRB的研究,一直以来都被许多科学家所关注。重复暴不仅有利于实现FRB的精准定位,还可能携带了更多关于FRB起源的物理信息。由于望远镜探测频段的限制,科学家先前只在1-8 GHz频段探测到了FRB 121102的射电信号。“加拿大氢强度测绘实验”射电望远镜(CHIME)的观测频段为400-800 MHz,相对其他望远镜较低。随着CHIME的投入使用,13位新的FRB成员加入射电暴大家庭,并且重复暴不再是独一无二的个例。

就在arXiv上公布非重复暴定位的同一天,CHIME团组公布了他们在低频波段找到FRB 121102的低频对应体。值得一提的是,在低频波段的消色散图像中,同样发现了子脉冲的时间-频率漂移结构。根据经典的电磁场理论,不同频率的电磁波穿过等离子介质时,具有不同的群速度,这会导致高频电磁波早于低频电磁波到达接收机,这种现象叫做色散。处理分析射电脉冲信号的过程中,消除色散的影响是非常重要的一环。Hessels等于2018年发现,重复暴FRB 121102在1-8 GHz波段,即使扣除了星际介质色散的影响,依然不能将所有频率的脉冲信号调整到同一到达时间。FRB 121102的消色散图像中,存在一些子脉冲结构,每个子脉冲的中心频率都不相同,且具有不同的到达时间,这一现象被称为时间-频率漂移。

本次低频探测中,CHIME看到了类似的漂移结构,如图5所示。实际上,这种漂移结构在重复暴FRB 180814.J0422+73也被探测到了(CHIME/FRB Collaboration et al. 2019),这表明时间-频率漂移结构极有可能是重复FRB的共同特征,而目前非重复暴中,还没有探测到这一现象的报道。细心地读者会发现,所有的子脉冲漂移率均为负值,即消色散后的高频子脉冲优先低频到达接收机。如果这一现象来自星际等离子透镜现象,那么我们应该期待正漂移率的发现。笔者这里认为,这种负漂移现象来自于脉冲星相干电子束的曲率辐射,是FRB源自身的几何特征,而非传播效应所导致(Wang et al. 2019)。计算漂移速率发现,低频波段的子脉冲漂移率远低于高频段,这与笔者所预期的结果相符。时间-频率漂移特征,是反应FRB源辐射几何特征的重要工具。

另外,本次观测发现FRB 121102的色散量DM相比之间的结果,增长了3 pc cm^-3。DM值的变化又将反应何种物理机制,也是值得讨论的话题。

总结

图5. FRB 121102400-800 MHz消色散频率-时间图中的漂移结构。(图源自Josephy et al. 2019)

FRB是一类神秘的天文现象。科学家们通过不懈的努力,首次完成了对非重复FRB的精确定位,并探测到了重复暴FRB 121102的低频对应体。让我们距离揭开FRB起源的神秘面纱,更近了一步。我国天文学者也在积极努力地对这一现象进行探索,如正在投入使用的FAST以及天籁项目。

如果有一天,我们拥有足够多的FRB样本,我们可用它来研究宇宙的物质密度,遥远星系的物质分布,限制宇宙学以及基本物理参数等。相信这一日,在我们的不懈努力下,很快就会到来了!

热门文章

随机推荐

推荐文章