可重復(fù)快速射電暴？是第二種FRBs嗎？宇宙的尺度可以用FRBs來丈量嗎？

FRB190520——人類已知的罕見的第二種可重復(fù)快速射電暴

(資料圖片僅供參考)

上圖為一種具有極強(qiáng)磁場的中子星的藝術(shù)概念圖，這種中子星也叫磁陀星。其中紅色部分是它的無線電信號(hào)。磁陀星是否能產(chǎn)生快速射電暴（FRB）？——圖片來源Bill Saxton/ NRAO/ AUI/ NSF.

近些年來天文學(xué)中最偉大最不尋常的宇宙觀測現(xiàn)象之一就是——2007年首次被發(fā)現(xiàn)的快速無線射電暴發(fā)，即射電暴（FRBs）。當(dāng)時(shí)這個(gè)現(xiàn)象讓科學(xué)家更多的聯(lián)想到脈沖星，因?yàn)橥瑯佣际强焖俦┌l(fā)發(fā)射出了劇烈的電磁波。大部分被觀測到FRBs的位置都位于銀河系之外。暴發(fā)也極其短暫、強(qiáng)烈。同時(shí)，天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)大部分的快速射電暴都只被觀測到僅僅暴發(fā)了一次。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)高度活躍、且重復(fù)暴發(fā)的FRB，而且在兩次劇烈暴發(fā)之前會(huì)產(chǎn)生微弱但持續(xù)的無線電暴發(fā)的現(xiàn)象。這僅是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的這種連續(xù)暴發(fā)的極其偶然的射電暴的第二次暴發(fā)。

首次的暴發(fā)是被我國的FAST(500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡在2019年捕獲發(fā)現(xiàn)的，命名為——FRB190520。

科學(xué)家使用國家科學(xué)基金會(huì)的卡爾.G.詹斯基甚大陣列（VLA）以及其他望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步研究FRB并精確定位其位置。發(fā)現(xiàn)它其實(shí)距離我很遠(yuǎn)，位于距離太陽系大約30光年之外的一個(gè)矮星系的外沿。目前看來大部分被觀測到的FRBs都在星系之間的空間內(nèi)，而不在太陽系內(nèi)——也就是說可以認(rèn)為他們都是起源于幾十億光年以外。

罕見的重復(fù)快速射電暴

2019年5月20日，天文學(xué)家首次觀測并記錄了FRB190520的第一次大暴發(fā)。經(jīng)過隨后的觀察研究表明，這個(gè)FRB是少數(shù)已知的重復(fù)FRBs之一。同時(shí)它也是第二個(gè)被觀測到的重復(fù)FRB，并且在兩次主要的射電暴發(fā)之間會(huì)有持續(xù)的流強(qiáng)較弱的微弱暴發(fā)。這些現(xiàn)象都讓科學(xué)家對(duì)FRB的好奇心更加強(qiáng)烈，關(guān)于FRB的未知問題的探索也更加深入。

上圖即為快速射電暴FRB190520（中間紅色部分）。這是VLA做的無線電和光學(xué)疊加處理。圖片來源于Niu, et al./ Bill Saxton/ NRAO/ AUI/ NSF/ CFHT.

它跟第一個(gè)可重復(fù)FRB（FRB121102）類似，幾年前天文學(xué)家就已經(jīng)觀測計(jì)算確定了FRB121102的位置。該項(xiàng)目的一個(gè)主要主持人之一，加州理工的Casey Law表示：FRB190520的這些特征使它與FRB121102極其相似——都是被VLA發(fā)現(xiàn)的，也都是在2016年發(fā)現(xiàn)的。現(xiàn)在大家發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)可重復(fù)的快速射電暴了，這樣就帶來更多更重要的可進(jìn)一步研究的問題了。

2種FRBs？

近年來，天文學(xué)家表示，他們發(fā)現(xiàn)目前有兩種FRBs，一種可以重復(fù)暴發(fā)，另一種并不會(huì)。這其中的原因是什么？科學(xué)家依舊在努力尋找問題的根源，而FRB190520和FRB121102這樣的FRBs都有助于科學(xué)家進(jìn)一步探究答案。正如來自西弗吉尼亞大學(xué)（WVU）的研究生Kshitij Aggarwal所提出的問題：可重復(fù)的FRB真的與不可重復(fù)的FRB確實(shí)不同嗎？中間持續(xù)的那些射電暴發(fā)呢？是不是也是一個(gè)研究方向？

研究人員提出了兩種可能性假設(shè)。一種假設(shè)，可能存在兩種不同機(jī)制同時(shí)作用，這樣就產(chǎn)生了兩種完全不同的FRBs。另一種假設(shè)，它們可能是同一種FRB，但是在不同的階段呈現(xiàn)出不同的性質(zhì)。

上圖即為Casey Law，來自加州理工學(xué)院，他是關(guān)于FRB190520這篇最新論文的主要作者之一。圖片來源于GitHub

所以到底哪種假設(shè)更符合觀測結(jié)果。為了解釋這個(gè)問題，天文學(xué)家仍然需要繼續(xù)確定FRBs的起源。目前，主要的被觀測的候選恒星包括兩大類：超密中子星和極強(qiáng)磁場中子星（也被稱為磁陀星）。對(duì)于究竟是哪一類，天文學(xué)界依舊存在很多爭議。

快速射電暴FRB190520是新生兒嗎？

根據(jù)目前的數(shù)據(jù)，研究人員認(rèn)為FRB190520可能是FRB界的一個(gè)新生兒。天文學(xué)家表示，它可能來源于一顆超新星爆發(fā)后產(chǎn)生中子星周圍包圍著的氣體和塵埃。隨著時(shí)間的推移，氣體和塵埃會(huì)逐漸消散。而隨著這些的消散，這些射電暴的暴發(fā)頻次也會(huì)降低。

如果這個(gè)假設(shè)是正確的，那么FRBs的相對(duì)年輕即定義為更活躍、暴發(fā)次數(shù)更多。隨著時(shí)間的流逝，F(xiàn)RB“年齡”的增長，暴發(fā)次數(shù)會(huì)越來越少。

FRBs距離的標(biāo)定

目前的這個(gè)結(jié)論主要是基于對(duì)FRB190520的觀測記錄和主流實(shí)驗(yàn)方法，該結(jié)果與色散效應(yīng)相關(guān)。這是科學(xué)家常用的一種技術(shù)手段，主要是分析某種介質(zhì)對(duì)遠(yuǎn)距離物質(zhì)發(fā)射的不同頻率電磁波傳播特性的影響。這種數(shù)據(jù)分析方法為科學(xué)家提供了更多的有關(guān)介質(zhì)組成的信息。這種分析方法也曾用到脈沖星的距離探測中。

不過很遺憾，這個(gè)方法并不適用于FRB190520。這次的暴發(fā)信號(hào)顯示的色散量大概等價(jià)于8到9.5億光年的距離。而另一方面，如上文所述科學(xué)家利用宿主星系光譜的多普勒效應(yīng)計(jì)算FRB的距離時(shí)，這個(gè)結(jié)論大概是30億光年左右。為什么差距會(huì)這么大？Aggarwal解釋說：這意味著FRB附近有大量的其他物質(zhì)，這導(dǎo)致了科學(xué)家每次對(duì)星系間的氣體介質(zhì)進(jìn)行探測都會(huì)受到影響。如果其他的測量也是如此被影響，那么我們就無法將FRBs用作宇宙尺度。

FRB190520位于天空中天羯座附近。圖片來源于國家無線電天文臺(tái)（NRAO）

所以，盡管周圍介質(zhì)可能會(huì)影響到FRB距離的測量，但它也提供了FRB年齡的相關(guān)線索。

對(duì)FRBs的新洞察

FRB190520的新發(fā)現(xiàn)為FRBs家族的拓展提供了迷人的嶄新性質(zhì)，也讓科學(xué)家對(duì)此有了新的洞察。西弗吉尼亞大學(xué)（WVU）的Sarah Burke-Spolaor指出：FRB研究領(lǐng)域目前進(jìn)展迅速，幾乎每個(gè)月都有新發(fā)現(xiàn)。然而，還有一些本質(zhì)問題遺留著，這個(gè)項(xiàng)目給我們研究這些問題提供了許多極具挑戰(zhàn)參考的線索。

劃重點(diǎn)——天文學(xué)家認(rèn)為他們觀測到了一次不尋常的罕見的可重復(fù)的無線射電暴——迄今為止的第二例，而且迄今也只重復(fù)暴發(fā)了第二次——當(dāng)然在兩次大暴發(fā)之間一直都存在持續(xù)的流強(qiáng)微弱的射電暴發(fā)。這個(gè)結(jié)果表明，較為年輕的FRBs相比年長的FRBs可能更有活力，大暴發(fā)頻率更高。

BY:Paul Scott Andersonand

FY:正反

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