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“中国天眼”又有新发现:首例持续活跃重复快速射电暴

来源:网络  编辑:谷小金  时间:2022-06-09 10:51  收藏本文

从色散-红移关系中可以清楚地看出,FRB 20190520B的宿主星系电子密度最大。国家天文台供图

一个是宇宙中最神秘、最明亮的射电爆发现象——FAST射电爆发(FRB),一个是世界上最大的单孔径望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST),被誉为“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”。两者的强烈互动和科学“碰撞”备受关注,会产生怎样的天文“火花”。

来自中国科学院国家天文台的最新消息,五百米口径球面射电望远镜(FAST)首席科学家李毅带领的国际团队,通过五百米口径球面射电望远镜(FAST)的“多科学目标同时巡天”优先项目,观测发现了首个也是唯一一个持续活跃的重复快速射电爆发案例,命名为FRB 20190520B。

FAST首次检测到4起FRB 20190520B暴发。国家天文台供图

之后,研究团队通过组织多台天地协同观测的国际设备,结合射电干涉阵、光学、红外望远镜和空间高能天文台的数据,将FRB 20190520B定位在距地球30亿光年的贫金属矮星系中,确认其近源区具有目前已知最大的电子密度,并找到了迄今为止快速射电爆发持续射电源的第二个对应体。

这一辉煌的天文“火花”的重要发现揭示了活跃重复爆发周围的复杂环境具有类似于超亮超新星爆发的特征,挑战了快速射电爆发色散分析的传统观点,为构建快速射电爆发的演化模型和理解这一剧烈的宇宙神秘现象奠定了坚实的基础。该研究论文于北京时间6月8日夜在线发表在国际知名学术期刊《自然》上。

“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”(下图)和甚大天文阵列望远镜(VLA)(上图)的组合。国家天文台供图

第一个持续活跃的快速射电爆发是如何被发现的?

论文第一作者、中科院国家天文台青年学者牛陈晖博士表示,快速射电暴可以在1毫秒内释放出太阳大约只能辐射一整年的能量。直到2007年,它的存在才被首次证实。2016年监测到首例重复快速射电爆发,打破了人们的传统认知。目前,该领域已成为天文学最新的研究热点之一。全世界已经公布了近500个快速射电暴,只有不到10例有活跃暴。然而,以前没有发现持续和活跃的重复快速射电爆发。

在系统处理五百米口径球面射电望远镜(FAST)数据的过程中,他发现2019年5月20日的数据出现了重复的高色散脉冲,按照惯例将其命名为FRB 20190520B。这种快速的射电爆发在第一次被探测到时就显示出活动的迹象。基于这一发现,研究团队与美国甚大阵列望远镜合作,于2020年7月完成了亚角秒的精确定位,并探测到与之对应的致密连续射电源。

作者代表、中科院国家天文台朱维维研究员、李伟研究员、牛陈晖研究员、蔡兆伟研究员合影。中新社记者孙自法摄

随后,研究团队通过美国的帕洛玛200英寸望远镜和凯克望远镜、加拿大-法国-夏威夷望远镜和日本的斯巴鲁近红外光学望远镜确定了FRB 20190520B的宿主星系和红移,推断其宿主星系贡献了总色散值的80%,是目前已知的所有快速射电暴源中最高的。

进一步结合散射特性,研究团队提出宿主星系的色散主要来自于快速射电爆发源附近的区域,该区域的高电子密度导致的高色散值也使得FRB 20190520B远远偏离了经典的色散-红移关系。

通讯作者、中国科学院国家天文台李伟研究员、论文第一作者与中国科学院国家天文台牛陈晖博士合影。中新社记者孙自法摄

美国之前发现的类似快速射电暴有什么异同?

牛辉指出,五百米口径球面射电望远镜(FAST)发现的FRB 20190520B与美国阿雷西博望远镜发现的FRB 20121102A非常相似。FR2012102A是人类发现的第一个重复的快速射电爆发和第一个定位的快速射电爆发,也是此前唯一确认的具有致密射电源对应体的快速射电爆发。

两者都异常活跃,电磁环境复杂,而FRB 20190520B的特点在各方面都更加极端:比如FRB 20121102A有活跃爆发期,但FRB 20190520B从未停止过爆发。到目前为止,500米口径球面射电望远镜(FAST)已经探测到了后几百次爆发。

牛辉总结说,FRB 20190520B作为第一个持续活跃、重复的快速射电爆发,是目前唯一没有被停止观测的快速射电爆发。FR20190520B在源附近的电子密度是迄今为止最高的,它具有非常复杂的电磁环境,是迄今为止发现的第二例伴随有射电持续源的快速射电爆发。

他认为FRB 20190520B与FRB2012102A非常相似,可能代表了快速射电暴演化的早期阶段,有望帮助揭开快速射电暴起源之谜。

论文第一作者、中国科学院国家天文台牛博士介绍了在五百米口径球面射电望远镜(FAST)中首次发现持续活跃的重复快速射电爆发。中新社记者孙自法摄

“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”的重要发现有什么意义?

基于五百米口径球面射电望远镜(FAST)数据的这一重大发现研究的初步成果发表后,引起了国际天文学界的广泛关注。在其基础上诞生了散射时标模型、超新星爆发解释等几篇创新模型文章。

据李勇介绍,基于最近五百米口径球面射电望远镜(FAST)的观测数据,FRB 20121102A和FRB 20190520B很可能处于快速射电爆发的初始阶段。“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”的连续观测,特别是“快速射电暴巡天”优先重大项目的实施,有望建立快速射电暴演化的新图景。

他透露,在五百米口径球面射电望远镜(FAST)的“多科学目标同时巡天”优先重大项目中,至少发现了6个新的快速射电爆发,为揭示宇宙中这一神秘现象的机制,推动天文学这一新领域的研究做出了独特贡献。

论文作者、中科院国家天文台李伟研究员介绍了在五百米口径球面射电望远镜(FAST)中首次发现持续活跃的重复快速射电爆发。中新社记者孙自法摄

针对快速射电爆发是否是外星人联系地球的信号的广泛猜测,以及“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”被明确列入“参与寻找地外文明”的科学目标的相关问题,李勇认为,虽然各种超越人类当前认知界限的超自然现象尚未被纳入学术界的主流框架,但它们为人们提供了足够的想象空间。

快速射电爆发的发现者、美国西弗吉尼亚大学教授邓肯·洛里默(Duncan lorimer)评论说,基于新的快速射电爆发FRB 20190520B的特征及其连续射电源的存在,他认为快速射电爆发可能来自多种天体,可能有不同的分类。随着快速射电爆发样本的不断增长,预计在未来几年内,将有可能详细解释快速射电爆发的耐人寻味的天体。

快速射电暴理论专家、美国圣路易斯华盛顿大学教授乔纳森·凯兹表示,FRB 20190520B的发现有助于了解快速射电暴的周围环境,进而揭示其辐射机制。

中国科学技术大学天文学教授戴子高指出,FRB 20190520B的研究表明,它的周围环境似乎特别致密且高度磁化,这进一步意味着风暴的起源相对年轻,它可能处于双星系统或超新星遗迹中,这对理解快速射电暴的周围环境和物理起源具有重要的科学意义。

中国科学院国家天文台台长常进院士表示,虽然FRB 20190520B的发现是偶然的,但中国通过不断加大对科学仪器的投入来取得突破是必然的,这要归功于几代天文学家的贡献。他希望在不久的将来,中国科学家能够在暗物质、中性氢、引力波探测等世界科技前沿领域取得更多原创性的重大发现,实现更大的科学突破。