神秘射電信號源可能來自黑洞旁的中子星-SAKAI BBS 社區
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神秘射電信號源可能來自黑洞旁的中子星

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    發表於 2018-7-18 01:30:57 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
    神秘射電信號源可能來自黑洞旁的中子星

    從人類發現了“快速射電暴”(FRB)以來,這類天文現象的奧秘來歷一向困擾著天文學家。FRB是一種以頻次和強度驚人的無線電波爆發,它們來自于未知的悠遠銀河系外,延續時候只要長久的幾毫秒,但照顧的能量甚至到達了太陽能量的數百萬倍。一向以來,人類捕捉到的FRB都是稍縱即逝的,可是編號為FRB121102的快速射電暴則具有與眾分歧的反復爆發的特徵。這究竟是普遍現象還是偶合呢?

    一個團隊今朝正在研討間隔地球30億光年的FRB121102,這是今朝唯一檢測到重復信號的快速射電暴。科學家發現這個信號處于強磁場情況中,而如此之強的磁場之前只在靠近銀河系中心的一其中子星四周檢測到過,這顆中子星很是靠近銀河中心的超大質量黑洞。研討團隊以為,這個FRB源自一顆年輕的、快速扭轉、高度磁化的中子星,也被稱為磁星,它很有能夠繞著大質量黑洞扭轉。這個發現在頒發在1月11日的《自然》雜志上。

    “有史以來第一次,我們對射電暴的泉源所處的情況有了些了解,那可是30億光年外。”論文配合作者,康奈爾大學的Shami Chatterjee說道。“我們意想到這是兩個極為奇異的天體的疊加效應︰我們需要一顆史無前例的磁星,而且我們需要把它放在一個大質量黑洞的旁邊。可是在我們所處的星系中確切有類似這樣的例子。”不外,天文學家沒有發現靠近銀河系中心的那顆磁星發出FRB,今朝觀察到的FRB來歷凡是都很是悠遠。

    FRB來自何方?

    FRB信號非常奇異的性質證實它們確切離我們很悠遠,它們發出的無線電波在穿過充溢在恆星和星系之間的氣體雲和電子時出現了色散,色散的水和藹它們到我們的間隔成反比。這說明FRB可以作為探測宇宙結構的最好工具,研討職員不但可以曉得某個FRB泉源間隔我們有多遠,還可以曉得從射電源到我們這里經過了幾多星際和星系物資。可是為了更深上天瞭解它,天文學家還需要曉得FRB是若何發生的,科學家探測到FRB121102的重復信號,究竟是一個普遍的現象還是只是一個慣例呢?

    為了解開這個謎,該團隊花了幾個月的時候監測了FRB121102的周期性信號。他們利用了天下上最大的兩台射電千里鏡,位于波多黎各的阿雷西博千里鏡和位于西弗吉尼亞的綠岸千里鏡。

    FRB121102的周期性信號並不是紀律性的變化,相反,它的信號斷斷續續,到今朝為止還不可以做到精準的猜測。這個團隊終極捕捉並分析了16次爆發。每次探測到的爆發延續時候,從9毫秒到30毫秒不等,表白射電源直徑能夠有10千米,而這恰好是一個典型的中子星直徑標準。

    除了關注射電暴的延續時候和色散水平,研討職員也丈量了它的偏振特徵,也就是射電爆發出的電磁波在垂直于傳佈偏向上的振動偏向,例如是高低還是左右。當偏振光經過強磁場和帶電粒子時,它的偏振偏向會隨著傳佈螺扭轉動,帶電粒子越多大概磁場強度越大偏振偏向扭轉的越利害。也正是這個效應使研討職員確認射電源處于強磁場中。

    幾乎錯失的發現

    這個重復出現的射電暴處于極真個情況,並不是不言而喻的。在10月份,也就是Seymour在阿雷西博千里鏡探測到第一個信號的10個月以後,阿姆斯特丹大學的 Jason Hessels和他的門生 Daniele Michilli分析了觀察數據,他們那時正在試圖判定發射源四周能否存在強磁場,假如存在強磁場,它將改變電磁波的偏振,這類效應又稱法拉第扭轉。但他們並沒有什麼發現。

    可是Hessels有一個想法︰“會不會是由於這個效應太強了,以致于我們反而疏忽掉它了呢?”他們最起頭搜尋的是一個很小的偏轉,假如把查找的範圍擴大一些呢?他讓Michilli調高了要找的參數,“嘗試了一些瘋狂的數字,”Michilli說道。他們把參數放大了5倍,這是個看起來“很幼稚”的行為,由於在此之前他們歷來沒碰到過這麼高的數值。

    當Michilli的筆記本顯現了最新的數據圖時,Hessels立即意想到電磁波一定是經過了很強的磁場。“那時我就震動了,沒想到在這個事務中看到如此之強的法拉第扭轉效應。”他說道。這是在脈沖星和磁星探測進程中從未碰到的情況。他接著說到,“我那時很忸捏,由於我們在如此重要的數據眼前坐了幾個月,卻沒想到題目標衝破口如此簡單。”

    丈量成果顯現,FRB121102的偏振扭轉效應很是大,所經過的電磁場與今朝觀察到的具有最強電磁場的天體源不相高低。扭轉的水平也在敏捷地改變,在大約半年的周期內削減了大約10%。不管射電暴究竟由什麼天體發出,它一定是由濃密的磁化等離子雲(高溫電離氣體)包圍著的高速致密天體。

    “等離子體透鏡”放大亮度?

    “我們現在能弄大白極真個情況是若何和這個唯一觀察到重復信號的FRB相聯系的嗎?”論文配合作者,阿姆斯特丹大學的Jason Hessels提出這樣的疑問。“也許極真個情況可以放大射電暴亮度,就像是一品種似放大鏡的結構。”這類結構能夠是高密度等離子體聚集成的團塊,不竭地在圍繞著FRB發射源的氣體雲中活動。是以,雖然電磁波是延續發射的,“等離子體透鏡”可以間歇性地放大這個信號,從而制造出我們觀察到的重復射電暴。假如沒有這類放大的效應,重復觀察到的射電暴將很難詮釋,由於信號是如此之強,以致于很多模子表白其來歷要被完全破壞,例如兩其中子星的踫撞發生的能量才會致使這樣的爆發。

    科學家初次對FRB121102的本質發生粗淺的熟悉可以追溯到2017年,那時人們以為這個奇異的FRB和間隔地球30億光年的矮星系有聯系,在那里有很多恆星誕生。這樣的矮星系富含原始氣體,這樣的氣體自宇宙大爆炸以來就沒發生過改變,更輕易構成龐大且壽命短的恆星,而這類恆星最初會以非常絢麗且劇烈的超新星爆發竣事它的生命。爆炸留下的殘骸能夠是恆星質量黑洞,大概是普通的中子星,也能夠是磁星。更重要的是,當天文學家擴大視野,觀察FRB在矮星系中的位置時,他們在旁邊發現了一個正發出更弱、更穩定的電磁波信號的等離子體雲,它能夠是磁星當初履歷的超新星爆發大概是正在吞噬物資的黑洞發生的。但在那時,沒有人曉得FRB能否和這團等離子體雲有確切的聯系,而最新研討證實FRB就在這團雲中。

    “客歲對信號源的定位間接地改變了游戲法則,”來自康奈爾大學的合作作者Jim Cordes說到。“最新的成果更深上天研討了FRB和它所處的情況,我們把可以制造這些高能射電暴的情況稱為“策動機”。Cordes和其他的合作作者暗示,這個驚人的策動機最有能夠是一顆年齡小于一個世紀的磁星,和我們銀河系中所曉得的已經構成了上千年的恆星相比,它可以說是相昔時輕了。如此年輕的磁星應當是在高速扭轉的,大要自轉一周只需要一毫秒,但它的角動量也會敏捷削減,由於它扭轉的磁場會將大部分能量開釋到包圍著它的收縮的等離子體殼中,這個外殼正是超新星爆發的遺骸。

    兩種猜測

    “當磁星在扭轉的時辰,它的磁場也會改變。這個磁場如此之強以致于它會帶著磁星鐵一樣的殼層一路轉動,殼層隨之破裂,發生星震和耀斑,向四周活躍的星雲開釋能量。”Cordes說道,“這是其中的一種能夠。”另一種能夠,是一顆磁星圍繞著吞噬四周氣體和灰塵的大質量黑洞扭轉。在那種情形下,磁星會周期性的經過黑洞四周的吸積盤和粒子噴流,其強大的磁場會驅動那些物資高速活動。非論是哪一種情況,城市發生可以探測到重復信號的FRB。假如FRB121102的偏振幅度延續削弱(在半年內已經觀察到10%的削弱),這將表白圍繞著它的星雲在漸漸收縮和耗盡,加倍支持第一種詮釋。假如在它四周有延續的磁場振蕩,這將和在黑洞四周的詮釋加倍合適。

    雖然這些成果對于揭開FRB121102的謎團很有幫助,科學家對于更大的一個疑團仍然力所不及︰一切的FRB都是發生于一樣的天體源嗎?一切的FRB城市有重復信號嗎?“這是一個“天賦與後天”的題目,”Chatterjee說道,“是FRB都起源于這樣極真個情況,還是極真個情況是後天發生的,在這樣的情況下,強磁場和等離子體透鏡才可以使它重復地發出信號?一切的能夠性都是開放的。”

    很快就會有更多的答案,新的大視場射電千里鏡很快就會投入利用,可以探測到更多的FRB信號,這樣我們便可以清楚地了解它們的宇宙起源和重復機制了。其中一個很特此外項目名叫CHIME(Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment),這個項目會在今年晚些時辰運轉,到時天文學家天天會探測到幾個到幾十個FRB,給我們帶來加倍接近宇宙中的FRB謎團實在臉孔的希望。

     

                                                      
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