來自神秘深空閃光的“射電顏色”表明孤獨的恒星尸體是其來源

（圖解：天文學(xué)家使用荷蘭的低頻陣列（英語：Low-Frequency Array，縮寫為LOFAR）觀察快速射電暴的“射電顏色”。?圖源: SPACE/Joeri van Leeuwen）

新的研究發(fā)現(xiàn)，重復(fù)的神秘?zé)o線電波脈沖可能并非來自于以前所認(rèn)為的成對的恒星，而是來自于一種異常強大的磁體——它存在于宇宙中，卻迄今不為人所知。

快速射電暴（fast radio burst），或稱FRB，是強大的無線電波脈沖，在幾千分之一秒內(nèi)釋放的能量比太陽在近一個世紀(jì)內(nèi)釋放的能量還要多。天文學(xué)家在2007年才發(fā)現(xiàn)快速射電暴，而且由于這種現(xiàn)象的爆發(fā)十分短暫，所以對快速射電暴仍有許多未知之處。

（圖解：畫家對快速射電暴180916.J0158+65的繪圖，基于使用夏威夷冒納凱阿火山山頂?shù)碾p子星北方望遠(yuǎn)鏡和德國的100米埃費爾斯貝格射電望遠(yuǎn)鏡的真實觀測。?圖源: Danielle Futselaar/artsource.nl）

由于快速射電暴并不多見，又十分明亮，研究人員通常認(rèn)為它們一般來自于災(zāi)難性事件，如恒星耀斑或中子星的碰撞。(中子星是在超新星的災(zāi)難性爆炸中死亡的恒星的殘余物；這些恒星尸體的重力足以將質(zhì)子和電子擠壓在一起，形成中子）。

當(dāng)科學(xué)家在2016年發(fā)現(xiàn)第一個重復(fù)的快速射電暴時，快速射電暴就變得更神秘了。當(dāng)天體物理學(xué)家看到天體事件中的重復(fù)模式時，他們通常認(rèn)為可能是天體力學(xué)在其中發(fā)揮了作用——比如，一顆行星完成了圍繞其恒星的軌道，或者一顆旋轉(zhuǎn)的中子星從其磁極噴射出無線電波，從地球的角度看像燈塔一樣閃爍。

在新的研究中，科學(xué)家專注于FRB 20180916B，這個快速射電暴于2018年被發(fā)現(xiàn)，大約每16.35天就會爆發(fā)一次。這種周期的規(guī)律性讓之前的研究得以構(gòu)建一些模型，其中重復(fù)的爆發(fā)來自于一個雙星系統(tǒng)——一個強大的無線電波源，如被一顆巨星或另一顆中子星等同伴環(huán)繞的中子星。

這些雙星模型的一個關(guān)鍵結(jié)果與來自重復(fù)爆發(fā)的無線電波的“顏色”有關(guān)。當(dāng)涉及到可見光時，短波長的光比較藍(lán)，而長波長的光則比較紅。如果重復(fù)快速射電暴的源頭是一個雙星系統(tǒng)，過往的研究表明，來自快速射電暴源頭的高能粒子的強大恒星風(fēng)應(yīng)該讓更多的藍(lán)色射電光逃離該系統(tǒng)，但阻擋大部分或可能全部較紅的射電波。

該研究的主要作者、阿姆斯特丹大學(xué)和荷蘭射電天文學(xué)研究所（英語：Netherlands Institute for Radio Astronomy，縮寫為ASTRON）的天體物理學(xué)家伊內(nèi)斯·帕斯托-馬拉蘇拉說：“在我們的觀測之前，這些模型似乎是最有可能出現(xiàn)的情況?！?/p>

在新的研究中，帕斯托-馬拉蘇拉和她的同事們結(jié)合世界上兩個最大的射電望遠(yuǎn)鏡——主要位于荷蘭的低頻陣列（LOFAR）和位于荷蘭東北部的韋斯特博克綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡（Westerbork Synthesis Radio Telescope，縮寫為WSRT）——來測試這個與顏色有關(guān)的猜想。這有助于他們同時在更紅和更藍(lán)的無線電波長上分析FRB 20180916B的爆發(fā)。

（圖解：韋斯特博克望遠(yuǎn)鏡（左）在電磁波譜的藍(lán)色高頻范圍內(nèi)探測到一個周期性的快速射電暴。后來，同一來源在紅色低頻范圍內(nèi)發(fā)出了光。LOFAR望遠(yuǎn)鏡（右）首次探測到這些顏色。?圖源: SPACE/Joeri van Leeuwen）

出乎意料的是，研究人員看到了兩天較藍(lán)的射電暴，接著是三天較紅的射電暴。帕斯托-馬拉蘇拉說，如此一來，簡單的雙星系統(tǒng)模型就被排除了，表明可能是其他情況。

相反，可能最適合解釋FRB 20180916B快速射電暴的神秘色彩模式的是磁星——中子星中一種罕見的類型，是宇宙中最強的磁體。帕斯托-馬拉蘇拉說，具體而言，他們認(rèn)為一個孤立的、緩慢旋轉(zhuǎn)的磁星——一個大約每16天完成一次旋轉(zhuǎn)的磁星，最有可能合理解釋這項發(fā)現(xiàn)。

（圖解：畫家筆下的磁星想象圖。?圖源: Wikipedia）

然而，科學(xué)家們還沒有檢測到任何旋轉(zhuǎn)如此緩慢的磁星。帕斯托-馬拉蘇拉說，“僅憑我們目前的知識很難理解這種磁星是如何存在的”，因為強大的磁場通常與高旋轉(zhuǎn)率有關(guān)，“到目前為止，還沒有其他模型能像慢速磁星那樣符合我們的觀測結(jié)果?！?/p>

這些發(fā)現(xiàn)讓人聯(lián)想到，一些快速射電暴可能沒有任何諸如密集電子云之類的籠罩物質(zhì)，以掩蓋其爆發(fā)的所有顏色。這種“裸露”的快速射電暴可以幫助研究人員解決一個重要的科學(xué)難題——宇宙中一半重子物質(zhì)（又稱“正常”物質(zhì)）的位置。

構(gòu)成恒星、星系和行星等的即為“重子”物質(zhì)，因其主要由被稱為重子的粒子構(gòu)成，其中包括構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子。然而，幾十年來，宇宙中已被預(yù)測的重子物質(zhì)中只有約一半得到了天文學(xué)家的解釋。

（圖解：畫家筆下的磁星想象圖由上夸克、下夸克和奇夸克中任意三個夸克組成的具有-3/2自旋的重子，這十種重子為十重態(tài)。?圖源: Wikipedia）

去年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)快速射電暴可能有助于解決失蹤的重子問題。當(dāng)快速無線電波的輻射穿過隱藏的重子物質(zhì)云時，更容易減慢較紅的無線電波而不是較藍(lán)的無線電波的速度。通過分析來自快速射電暴的較紅和較藍(lán)信號到達(dá)地球的不同時間，研究人員可以估計出射電波沿途經(jīng)過了多少重子物質(zhì)。

帕斯托-馬拉蘇拉說，如果所有的快速射電暴都是裸露的，那么用它們來測量宇宙中的重子物質(zhì)就會容易得多，因為科學(xué)家們將不必考慮它們周圍的環(huán)境可能會使重子估計發(fā)生偏差。

BY: Charles Q. Choi

FY: halogen

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