地球「天眼」發現古怪天體:可能是某種我們目前還想象不到的東西

人們無法想象這樣一個既能夠在瞬間產生極端強大的射電波,同時周邊環境又極端復雜的天體會是什麼。

快速射電暴近些年有些火。這種來自遙遠宇宙的無線電脈沖包含巨大的能量,除了少數之外,它們常常沒有任何征兆地突然出現,然后消失無蹤。

天體物理學家想要搞清楚這些神秘的脈沖從何而來,因何而生。假如信號只出現一次顯然滿足不了要求,因此人們對能夠反復出現的快速射電暴更感興趣。

一顆擁有超強磁場的中子星,也就是所謂「磁星」的想象圖。「磁星」是快速射電暴發生源的首要候選天體之一。Bill Saxton / NRAO / AUI / NSF

能夠反復出現的快速射電暴不多。但其中有兩個比較特別,一個叫FRB 121102;另一個就是「天眼」發現的FRB 190520。

FRB 190520是研究人員2019年11月從「天眼」收集的數據中發現的。「天眼」收集到的數據表明,該射電暴的首個脈沖于當年5月20日到達地球。

次年,甚大望遠鏡陣列(VLA)確定了FRB 190520發生源可能的位置;隨后昴星團望遠鏡通過可見光觀測,發現這個發生源位于一個距地球約30億光年的矮星系邊緣。VLA的后續觀測還發現,FRB 190520不但能夠反復產生強烈的射電脈沖,還能夠持續釋放較弱的射電波。

在FRB 190520身上,人們還發現了另外一個奇怪的現象。

天體物理學家通常會利用快速射電暴來研究星際介質。這是因為快速射電暴產生的射電波在到達地球的過程中,會穿越星際空間。當射電波遭遇那些包含自由電子的物質時,高頻射電波的穿越速度會比低頻射電波快。這種現象叫色散。

通過分析射電波的色散度,天體物理學家可以知道射電暴與地球之間星際介質的電子密度;而假如電子密度已知或可作假定,天體物理學家還可以估算出射電暴與地球的距離。以往人們常用這種方法來估算某顆脈沖星有多遠。

但這一次,當人們試圖用這種方式估算FRB 190520和地球的距離時,卻發現了問題。基于色散度,研究人員發現FRB 190520與地球的距離大約是80至95億光年;而當人們基于宇宙膨脹原理,用多普勒紅移法測算FRB 190520宿主星系與地球的距離時,卻發現只有30億光年。

根據目前的認識,人們認為快速射電暴在宇宙中可能有不同的產生機制;或我們觀察到的不同特性的快速射電暴,是同一種現象在不同演化階段的不同表現。而對于快速射電暴的發生源是什麼,目前占主流的看法是它與超新星爆發的遺骸——中子星或擁有超強磁場的中子星——也稱磁星有關。

但FRB 190520的色散度如此之高,卻是前所未見的。這或許表明在距離FRB 190520發生源很近的地方,環境非常復雜,且聚集有大量物質。這些物質能夠導致FRB 190520的色散度看上去很高,并且有可能也是它能持續產生低能射電波的原因。

然而到目前為止人們還無法想象這樣一個既能夠在瞬間產生極端強大的射電波,同時周邊環境又極端復雜的天體會是什麼。

研究人員認為,按照流行的理論,FRB 190520的發生源可能是一顆中子星。假如FRB 190520是一顆中子星,那麼它可能剛剛誕生不久。它的周邊還殘留著大量超新星拋出物。隨著這些物質漸漸散去,FRB 190520的色散度可能會逐漸降低,逐漸變得「平常」。射電暴的重復率可能也會降低。

但是什麼原因讓這樣一顆中子星產生如此巨大的能量?它是一顆磁星嗎?又是什麼樣的超新星爆發會形成這樣一顆既極端又古怪的中子星?

在天體物理學中,很多東西都還停留在假設的階段,因為我們很難對這些假設進行驗證,除非反復觀測到實例。而現在,像FRB 190520這樣的實例還不夠多。在這個古怪射電源的背后,或許真的可能存在某種人們目前還想象不到的東西。

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