快速射电暴 (天文现象)

快速射电暴(Fast Radio Bursts, FRB),是一种神秘的来自银河系外的射电天文现象,是一种只持续几毫秒的无线电波,但在这短暂瞬间却能够释放出相当于太阳在一整天内释放的能量。它们可能源于遥远的星系。然而,关于它们是如何生成的,目前尚缺乏被普遍接受的解释。

中文名
快速射电暴
外文名
Fast Radio Bursts, FRB
本质
无线电波
时间
几毫秒
能量
相当于太阳一整天内释放
学科
天文学

1现象简介

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天文学家们在宇宙中发现了一类奇特的现象,他们将其称作“快速射电暴”。这是一种持续时间极短的射电暴,其在宇宙中的具体来源尚不明确。

科学家们最早是在2007年首次观测到这种现象,当时研究人员在整理设在澳大利亚东部的帕克斯天文台档案数据时注意到了这种现象。在那之后,科学家们又先后6次在帕克斯天文台的记录中发现这种爆发的信号,随后又在设于波多黎各的阿雷西博天文台数据中发现了第7个案例。然而所有这些爆发信号几乎都是在它们发生许久之后才被注意到的。

2实时观测

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一个澳大利亚的天文学家小组开发出一项技术,可以用于对这类快速射电暴现象进行检测,从而可以实现对该现象的实时观测。这项技术得到了很不错的结果,于是现在一个由斯威本科技大学的艾米丽·佩特罗夫(Emily Petroff)领导的研究组使用帕克斯天文台的望远镜成功地实现了对这种“快速射电暴”的实时观测。这种爆发现象的特征表明其爆发源距离地球远达55亿光年以上。

澳大利亚帕克斯射电望远镜澳大利亚帕克斯射电望远镜

天文学家们已经确定了这种爆发的来源位置,并且观测是实时进行的,于是位于地面上和空间轨道上的观测设备便可以被充分调用,用于开展其他波段的后续跟进观测工作。

丹麦哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所暗物质宇宙学中心的天体物理学家丹尼尔·马列萨尼(Daniele Malesani)表示:“借助雨燕空间望远镜,我们可以对爆发源区位置进行X射线波段观测。我们在那个位置上观测到两个X射线源。”

紧接着,天文学家们使用位于帕尔马天文台的北欧光学望远镜对这两个X射线源进行观测。同样来自丹麦哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所暗物质宇宙学中心,同时还在以色列威兹曼研究所任职的天体物理学家格拉格斯·列朗达斯(Giorgos Leloudas)表示:“我们在可见光波段进行了观测,我们注意到那里存在两个脉冲星,换句话说两个活跃的黑洞。它们与射电暴现象完全没有关系,而只不过是碰巧位于同一方向上。

尽管天文学家们这一次实现了对这种快速射电暴现象的实时观测并立即开展了其他波段的跟进观测,覆盖的波段从红外,可见光,紫外波段一直到X射线波段,但所有这一切努力都没有得到任何结果。但天文学家们在这一过程中仍然有所收获。

天体物理学家丹尼尔· 马列萨尼表示:“我们现在可以排除很多种可能性。这种爆发现象可以在几个毫秒的短促时间里释放出相当于太阳在一整天的时间里释放的能量。但我们在其他波段 上都没有得到有意义观测结果的事实则可以帮助我们排除一大批与剧烈的爆发事件相关的天文现象是其背后原因的可能性,比如源自恒星爆发以及超新星的伽马射线 暴。在此之前天文学家们一直将其作为是这种神秘的‘快速射电暴’现象的候选解释之一。”

除此之外,这种爆发现象还为天文学家们留下了其他线索。帕克斯天文台的望远镜探测到来源光线的偏振现象。所谓偏振是指电磁波在传播过程中,其震荡方向上发生的改变,其一般可以分为圆偏振和线偏振两类。来自这种射电暴的信号显示超过20%的圆偏振,暗示其附近存在磁场作用。

丹尼尔·马列萨尼指出:“目前的理论是认为这种射电暴可能与某种非常致密的天体有关,如中子星或黑洞,而这种爆发现象则有可能与这类天体的相撞或星震现象有关。不管如何,此次观测结果带给我们的认识已经超出了我们的预想。”

3宿主星系

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研究人员对FRB 150418射电信号的观测研究人员对FRB 150418射电信号的观测

2016年2月24日,英国《自然》杂志公开的一篇天文学论文称,科学家首次确认了一个快速射电暴(FRB)的所在地、宿主星系以及红移。该项研究给探索来自深空的这些神秘无线电脉冲的“家园”提供出新证据,并表明它们至少可以被分为两大类。

红移测量让天文学家可以确定快速射电暴发源地有多远,但在射电暴消失之前确认其天体坐标仍非常有难度,至今为止天文学家都无法确认快速射电暴的红移。

英国麦克尔斯菲尔德平方公里阵列射电望远镜组织的伊万·基恩和他的研究团队,此次使用澳大利亚帕克斯射电望远镜,对快速射电暴FRB 150418进行了观察。研究团队发现,FRB 150418源于一个椭圆星系,有着0.492的红移。

研究人员指出,在此之前,天文学家从未同时确定过任何一个快速射电暴的位置和宿主星系,更没有精确计算出红移。他们表示,由于FRB 150418的射电余晖经过了6天才消逝,它不可能来自脉冲星——这对最近发现的另一个无线电脉冲的解释提出了挑战。因此,该结果也可以表明,快速射电暴应该至少存在两个种类。

而据1月份另一项研究显示,如果快速射电暴来源被证明且距离可以被精确测定的话,将成为一个新的测试爱因斯坦等效原理的强有力工具。目前这项研究结果就为神秘的快速射电暴的来源,提供了新的力证。

4研究发现

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研究指神秘现象“快速射电暴”或源于天体大爆炸

天体爆炸天体爆炸

据外媒报道,日本东京大学等的研究小组于2016年2月25日发行的英国科学杂志《自然》上发表“昴星望远镜”的观测结果,认为在夜空中观测到的时长仅千分之一秒的闪光般电波这一神秘现象的真相为距离地球50亿光年处发生的天体大爆炸。

从“昴星望远镜”拍摄的图像可以确定该射电暴的起源位于银河系。通过对可见光的波长分析,得知该地点距离地球约50亿光年。由于电波来自如此遥远之地,研究小组认为这意味着巨大的天体爆炸现象。

在对射电暴的电波进行解析后,可以计算出从50亿光年处直到地球为止的宇宙空间内分布的电子数量。这也为宇宙间所存在的大多数已知物质并非星球或星系,而是看不见的星系际物质这一假说提供了佐证。

脉冲星和快速射电暴距离研究获进展

天文研究中,测量天体到地球的距离通常很困难,但距离是最基本的参数。脉冲星距离是进一步研究脉冲星起源、演化、分布以及辐射特性等所需最基本的参数。目前已发现的两千多颗脉冲星中仅约有十分之一的脉冲星具有测量距离(不依赖于模型的距离)。近年来,快速射电暴是天文观测中发现的一类起源未知的、色散量较大的、持续时间为毫秒级的射电脉冲。快速射电暴的距离对分析其起源以及与银河系的位置关系(河内源或河外源)非常重要。已探测到的17个快速射电暴中有红移测量的仅为两个。

脉冲星发现不久,科学家发现使用脉冲星测量距离以及色散量(DM)可构建银河系的电子密度模型。应用此模型可估测所有具有色散量测量的银河系内脉冲星的距离,且模型距离的精度极大依赖于已知距离测量的脉冲星数目、准确度。最近的银河系电子密度模型是NE2001模型,此模型主要描述了银河系内自由电子密度的分布。

近期,中国科学院新疆天文台博士生姚菊枚构建了新的电子密度模型(简称YMW16)。相对已有模型,通过近十多年观测,YMW16具备以下有利条件:一、具有测量距离的脉冲星数目增加了一倍,且银河系结构参数精度提高;二、麦哲伦云脉冲星数目增加,对麦哲伦云结构认识得到提高;三、发现快速射电暴,研究了星系际介质自由电子密度的分布。研究人员紧抓时机,提出的YMW16不仅提高了银河系脉冲星模型距离精度,在95%的置信区间范围内优于NE2001近40%,且是第一个可用于估测麦哲伦云脉冲星及快速射电暴距离的模型。姚菊玫在澳大利亚天文台教授R. N. Manchester与导师王娜的指导下,完成这项工作。相关研究成果已发表在《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal,2017, 835, 29)上。

今后,具有测量距离的脉冲星数目的增加、更准确的银河系结构以及更多快速射电暴红移的测量,将有助于人们进一步检测和提高YMW16对距离估计的精度。

天文学家观测到迄今最明亮的“快速射电暴”

美国加州理工学院天文学家维克拉姆-拉维(Vikram Ravi)和同事探测到迄今最明亮的快速射电暴(FRB)。快速射电暴是一种持续仅几毫秒的强射电束,其神秘起源仍是一个谜团。

迄今为止天文学家仅探测到18次快速射电暴,多数仅单次爆发,不会重复爆发。此外,天文望远镜探测的多数快速射电暴图像分辨率较差,从而很难精确定位爆发位置。目前,最新观测的明亮快速射电暴FRB 150807可使天文学家更精确地定位爆发位置。

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标签: 天文 天文现象

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  • 更新时间:2020-12-31
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