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中国留学生发现银河系传来神秘信号 难以解释

京港台:2021-10-14 05:24| 来源:环球科学 | 评论( 11 )  | 我来说几句


中国留学生发现银河系传来神秘信号 难以解释

来源:倍可亲(backchina.com) 专题:留学生最新动态

  在昨天发表于《天体物理学杂志》的一篇论文中,悉尼大学的博士研究生王子腾表示,他们团队发现了来自银河系中心的神秘射电信号源ASKAP J173608.2-321635。这种神秘的信号具有强烈的偏振,亮度变化极大,研究团队尝试了所有他们已知的天体,都无法解释这种信号的来源。他们表示,这可能是一种全新的天体。

  可见光是一种电磁波,在波长比红光更长的方向上,分布着红外线和波长更长的无线电波。很多天体都会发出无线电波,被天文学家称为射电辐射。天文学的一个分支,就是在射电波段进行观测,被称为射电天文学。发现宇宙微波背景辐射、发现脉冲星、间接证明引力波的存在,还有近年来拍摄的黑洞照片,这些对人类而言至关重要的成就,都是射电天文学获得的成果。

  而昨天在《天体物理学杂志》上发表的论文中,悉尼大学的博士研究生王子腾所在的团队表示,他们在银心(Galactic Center)用射电波段发现了一种神秘信号,这种无线电信号很可能来自于一种全新的天体。

  正确的地点,正确的望远镜

  除了最中心的黑洞之外,银心本身就是一个神奇的地方。这里具有较高的恒星密度,具有活跃的恒星形成活动,是个寻找射电暂现源的好地方,这种天体往往突然发出射电辐射,很快就会再次回归沉寂。X射线双星(X-ray binary)和银心射电暂现源(Galactic Center Radio Transient,GCRT)等天体就是在银心区域发现的。

  研究团队用澳大利亚平方千米阵探路者(Australian Square Kilometre Array Pathfinder,ASKAP)在银心区域展开了瞬变源与暂现源巡天(Variables and Slow Transients survey,ASKAP VAST survey)。相比于一般的射电望远镜阵列,ASKAP有着30平方度的巨大视场,可以更高效地进行巡天观测。ASKAP在划定的250平方度银心区域内不断监测着天体的射电信号。

  2020年1月,研究团队发现了一个奇怪的信号,他们将这个源命名为ASKAP J173608.2-321635。“其异常之处在于信号偏振程度极高,即天体产生的光只在一个方向振荡,但振荡方向随时间旋转,”论文第一作者王子腾说,“信号的强度也有明显变化,变化幅度高达100倍,且变化是随机的。我们从未看到过类似的东西。”这个源随机重复出现,每次持续几天或数周。一直到2020年9月, ASKAP在888MHz的频段上共观测到这个源6次。

  奇怪的信号

  面对这个奇怪的信号,研究团队的第一反应是这可能是一个脉冲星。脉冲星是一类高度磁化的旋转致密天体,它的磁极会发出电磁辐射束。随着脉冲星旋转,电磁辐射束按照固定的时间间隔到达地球,我们就能看来自脉冲星固定时间间隔的射电信号。他们申请使用帕克斯射电望远镜(Parkes Radio Telescope)对这个源进行观测,每次观测持续30分钟,时间分辨率达到32µs,频率范围从704MHz延伸到4032MHz。但就算这样,研究团队还是没能找到脉冲星的痕迹。

  值得一提的是,脉冲星本身也是由异常的射电信号发现的。1967年,当时也是博士研究生的约瑟琳·贝尔(Jocelyn Bell)用射电望远镜发现了一种神奇的周期性信号,这种信号严格按照1秒左右的周期跳动,她当时还将这个信号命名为“小绿人1号”( Little Green Man 1)。信号的来源在几年后被证实是一颗快速旋转的脉冲星,这一成果在1974年被授予了诺贝尔物理学奖。

  帕克斯射电望远镜的观测完成后,研究团队又尝试用位于南非的MeerKAT射电望远镜进行观测,它具有更高的灵敏度,频率范围是1.0-3.0GHz。“由于信号断断续续,我们每隔几周就观测这个源15分钟,希望能再看到这个源,”论文通讯作者塔拉·墨菲(Tara Murphy)教授说,“幸运的是,我们再次发现了这些信号,但是这次发现的信号的行为与上次发现的完全不同——这个信号在一天之内就消失了,而在先前ASKAP的观测中,这个信号持续了几周。”

  除此之外,研究团队还在更高频率的射电波段进行寻找,但收获寥寥。同时,他们也在近红外波段、X射线波段进行了寻找,还查找了射电信号的历史数据库,结果都没有找到对应天体。

  研究团队总结出了这个射电源的特点:变化剧烈,其强度能在一周之内变化一百倍以上;能持续发射数周,却又能在一天之内完全消失;具有高度圆偏振和线偏振;没有脉动现象(脉冲星对应的现象);在近红外和X射线波段没有对应体。

  未知的来源

  恒星、磁陀星、脉冲星和银心射电暂现源这几种天体都能发出射电信号,研究团队便对着这些源去寻找信号来自这些源的可能性。

  太阳耀斑爆发时能发出较强的射电辐射,对其他恒星也是如此。但恒星同时会发射出红外辐射和X射线,在红外波段和X射线波段的研究并没能找到合适的对应体,也就排除了ASKAP J173608.2-321635是一颗恒星的可能。同时,磁陀星的频谱一般较为平坦,和ASKAP J173608.2-321635陡峭的频谱完全不同,这也排除了它是磁陀星的可能。同时,强烈的偏振排除了X射线双星的可能。而超新星的时间尺度往往长达数年,持续时间远长于ASKAP J173608.2-321635,并且同一个超新星不可能重复爆发,超新星的可能也就被排除了。

  正如前文所说,帕克斯射电望远镜的高时间分辨率测量没有找到脉冲星的痕迹,这其实已经基本排除了ASKAP J173608.2-321635是一颗脉冲星的可能。但面对射电信号强烈的偏振和陡峭的频谱,研究团队还是认真考虑了脉冲星假设。他们发现,如果ASKAP J173608.2-321635是一颗周期超长的脉冲星,例如拥有几个小时的周期,就可能能逃脱他们现在的检测。当然也有可能是周期超短的脉冲星,如果它的脉冲信号因为星际介质的作用而变宽,也会导致无法探测,有很多未发现的脉冲星可能会是这种情况。但对于大多数已知脉冲星而言,它们不可能发出类似ASKAP J173608.2-321635的射电信号。

  他们还讨论了引力透镜或等离子透镜等外部成因。但如果ASKAP J173608.2-321635是由这些效应造成的,每次这个源重新出现时的亮度应该千差万别。没有哪种已知的外部成因能产生符合这个源特点的射电辐射。

  考虑到ASKAP J173608.2-321635在天球上距离银心只有4度,王子腾的另一位导师戴维·卡普兰(David Kaplan)教授表示:“我们已知的信息的确和另一种新兴的、谜一般的天体有些类似,这种天体被称为银心射电暂现源。”但ASKAP J173608.2-321635的辐射特征也并非完全符合银心射电暂现源的特征,更何况,银心射电暂现源本身的来源就是一个谜,研究团队还是没能找到这些射电信号的来源。

  到论文发表时,研究团队在16个月的研究历程中共探测到ASKAP J173608.2-321635活跃了12次,但他们仍然无法确定这个源对应哪些天体,更不用说是由何种机制产生的。研究团队将持续关注ASKAP J173608.2-321635,期望能找到更多关于这个神秘射电源的线索。

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