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科学家首次精确定位“快速射电暴” 剑指40亿光年外的星系

更新时间:2019-07-03

[摘要]最近,天文学家首次对非重复的“快速射电暴“进行了精确定位,剑指40亿光年外的一个星系。国家天文台博士研究生王维扬对这个事件以及重复“快速射电暴”的低频对应体事件进行了专业解读。

【腾讯科技编者按】大家是否还记得年初那篇《外媒炸裂!真是外星人?宇宙深处神秘信号到底要不要回应?》的自媒体文章?其实是一种叫“快速射电暴“的自然现象。

最近,天文学家首次对非重复的“快速射电暴“进行了精确定位,剑指40亿光年外的一个星系。国家天文台博士研究生王维扬对这个事件以及重复“快速射电暴”的低频对应体事件进行了专业解读。

文/ 王维扬 国家天文台博士研究生

2019年6月28日,我同平常一样打开arXiv,两篇关于快速射电暴的文章引起了我的注意。

其中一篇文章讲述了ASKAP团队实现了对非重复快速射电暴的精确定位,这是一篇快速射电暴领域非常重要的工作,当天上午我的朋友圈便被这项工作“刷爆”了。而另一篇,是关于CHIME搜寻到第一个重复暴低频辐射的文章,可能并不起眼,但也是一篇重要的工作。

FRB简介

快速射电暴,英文缩写FRB,是指一种毫秒量级亮度极高的射电辐射现象。FRB最早于2007年,被Duncan Lorimer教授于Parkes的历史搜寻中找到(Lorimer et al. 2007)。随后,全世界各大射电望远镜纷纷投入FRB的探测中,目前,公布的FRB已有将近100个,可重复的FRB两个。FRB通常具有较高的色散量(DM~100-2600 pc cm^-3),对比FRB方向上银河系等离子介质DM的贡献,人们发现FRB应该是一些银河系外的起源。如果我们追溯“FRB”一词的历史,会发现它最早使用于云南天文台学者1989年对太阳射电辐射爆发的研究中。当然,这个FRB并不是我们今天要提的这种流量极高的短快外星系射电暴。

图1 天体物理数据系统(ADS)中搜索到最早的FRB一次出现的结果。

如果我们假设FRB的辐射是各向同性的,我们发现FRB的亮度可以达到太阳的几千万甚至几百亿倍。能够在如此短的时间内产生如此强大的辐射,致密天体的活动成为了FRB最有可能的起源。然而,FRB究竟来自于怎样的天体活动过程,尚无定论。为了进一步揭开FRB起源的神秘面纱,全球科学家正在不懈地探索中。

FRB的精确定位始终是一个难题。由于这种辐射发生的时间太短,我们很难精确地给出FRB在天区中的位置,当然如果它们有重复,“一次不行,两次;两次不行,更多次”, FRB重复暴的发生降低了我们定位的难度。可目前看来,并不是所有的FRB都具有重复性,重复暴或许只是FRB家族中一些极端分子。

图2. 澳大利亚的ASKAP望远镜阵列,图片来自

图3. ASKAP对FRB 180824的观测结果。(图片源自Bannister et al. 2019)

非重复FRB的精确定位

ASKAP定位快速射电暴(艺术图)

最近,ASKAP团队首次实现了非重复FRB 180924的精确定位。ASKAP是一个位于澳大利亚,由36个单天线组成的射电望远镜阵列。在其处于调试运营阶段时,ASKAP团组便成功捕获了20多个FRB信号。本次使用天线干涉模式的观测,大大提高观测精度。

2018年9月24日的运行观测中,一例名为FRB 180924的事件被成功捕获,并且后续的跟踪观测中,暂未发现其重复性。科学家们通过联合光学波段的观测结果,成功确认了FRB 180924位于一个名为DES J214425.25-405400.81的早型漩涡星系中,定位精度可达0.004角秒,如图4所示。进一步研究宿主星系一些元素谱线的红移特征,发现这个宿主星系的红移约为0.32,推算它距离我们大约40亿光年。高精度的定位显示这个FRB源的位置,距离宿主星系中心大约4 kpc,即1.3万光年的位置。因此,这个FRB并不位于漩涡星系的中心,表明它的起源很可能与超大质量黑洞的爆发无关。

讲到这里,笔者忍不住对比第一个重复暴FRB 121102的观测结果。重复暴FRB 121102早在2017年就认证了它的宿主星系(Chatterjee et al. 2017),其宿主星系是一个矮的恒星形成星系。这个宿主星系距离我们大约30亿光年,红移约为0.19。我们发现FRB 121102和FRB 180924两者的宿主星系截然不同。非重复FRB 180924的宿主星系恒星形成率非常低,且宿主星系贡献的DM看上去也比该重复暴的小一些。这似乎暗示我们,重复暴和非重复暴可能具有不同的物理机制。

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