深空传来神秘信号!天文学家发现8个新的重复性深空信号

科学
深空传来神秘信号!天文学家发现8个新的重复性深空信号
麻省理工科技评论 2019-08-19

2019-08-19

深空重复性信号一般指来源尚不明确,会重复发出信号的外太空无线电信号,这种信号的学名为“快速无线喷射信号”。
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深空重复性信号一般指来源尚不明确,会重复发出信号的外太空无线电信号,这种信号的学名为“快速无线喷射信号”。

深空重复性信号一般指来源尚不明确,会重复发出信号的外太空无线电信号,这种信号的学名为“快速无线喷射信号(FRBs, fast radio bursts)”。天文学家最早于今年年初时发现了首个会重复发出信号的神秘深空信号源 FRB 121102,根据日前发表在天文学快报(The Astrophysical Journal Letters)上的一篇论文,加拿大氢强度测绘实验(CHIME,Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment)的射电望远镜近期又发现了 8 个新的这种重复性信号,使目前已观测到的重复性信号总数增至了 10 个。

目前,天文学家们正计划对这种重复性信号建立一个专属数据库,以助力日后与该类信号有关的研究。

深空传来神秘信号!天文学家发现8个新的重复性深空信号

图丨宇宙中“混乱”的重复性信号(来源:nrao)

FRB 是人类认知范围内的宇宙未解之谜之一,其在观测信号中的特征为“信号波中的异常峰值”, 一般的持续时间仅为几毫秒,但它们却能在这几毫秒间放出约 5 亿个太阳所具有的能量。虽然大多数 FRB 都仅能被观测到一次(不具有重复性),不能帮助天文学家很好地追踪它们的来源并对它们的成因进行研究,但重复性信号的出现,意味着 FRB 在宇宙中或许并不像我们此前所想的那么罕见,使追溯和研究 FRB 的来源成为可能。

麦吉尔大学(McGill University)物理学家 Ziggy Pleunis 说:“不同的 FRB 间一定存在着某种差异,而通过对重复性FRB进行观测,我们便能有机会对各 FRB 间的相同点与不同点进行研究。 目前,我们已从对 FRB 121102 的观测中得知有的FRB具有‘群落性’,即这类 FRB 并不是在数小时内都能被望远镜持续观测到,而是在短时间内被多次探测到,而在此次新发现的 8 个重复性信号中,在短时间内被探测到过 10 次的 FRB 180916.J0158+65 就属于这种情况。”

根据论文,除了刚才提到过的 FRB 180916.J0158+65,8 个信号中有 6 个都仅被重复探测到过一次,其中最长的重复间隔为 20 小时,而剩下一个(FRB 181119)则被重复探测到了 3 次。

深空传来神秘信号!天文学家发现8个新的重复性深空信号

图|8 个重复暴信号的时间—频率特征(来源:The Astrophysical Journal Letters)

虽然目前还没人知道这究竟意味着什么,但有天文学家认为这可能与此前由 Harvard-Smithsonian 天体物理研究中心(一个欧美联合研究机构)所发的论文中对 FRB 所提的假设相符,即可能所有的 FRB 都具有可重复性,只是不同的FRB可能有着不同的重复间隔。

天体物理学家 Vikram Ravi 说:“这就好比是火山的活性,有的火山会十分活跃,在一段时间内喷发多次,有的则相对稳定,还有的则常年处于休眠期,很久才喷发一次。”

但 FRB 间也存在着一定的相似性,即可重复性信号的单次信号持续时长一般都比“一次性”FRB 的要持久一些,而重复性信号一般也都具有“向下”的频率特征(即信号再次被探测到时会较上次弱一些)。

Ziggy Pleunis 说:“这非常有趣,在这些FRB的相似点中很可能就隐藏着一些与 FRB 成因有关的信息,而我们要做的就是尽快找到‘正确’解读这些信息的方法。”

与此前曾观测到过 FRB 的射电望远镜相比,加拿大氢强度测绘实验的射电望远镜在设计上观测频率更低,对广域观测能力进行了优化,能更有效地在太空中搜寻并观测 FRB,但该望远镜就 FRB 的源头追踪方面还未进行特殊优化。

目前,Vikram Ravi 所在的研究团队已通过数据分析将此次新发现的 8 个重复性 FRB 的源头定位到了几个已知的星系,而科学家们甚至还能通过分析信号的离散程度对 FRB 源头距地球的距离进行粗略估计(离散度越高离地球越远,越低离地球越近)。

未参与研究的澳大利亚国家科学研究机构 CSIRO 天文学家,Keith Bannister 说:“不管你用多大的望远镜,近的总要比远的更好观测,这意味着对于那些发射源离地球较近的 FRB 来说,我们只要确定了它们的具体位置就能对它们进行精度更高的定点观测。”

而除了信号的离散程度,信号的极化(即信号的扭曲程度)也能告诉我们与该信号源周遭环境有关的信息,扭曲越厉害代表其附近的磁场越强,比如由黑洞和中子星造成的极端磁场环境。

Ziggy Pleunis 说:“虽然 FRB 目前对我们来说仍是一团迷,但我希望此次的发现能促成更多天文学家转向与此有关的研究,并帮助其它的观测团队在未来能更高效地对 FBR 进行观测,并最终收集到足够多的数据供理论学家们对此建模,对 FRB 的来源和成因作出假设。”


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