“中國天眼”又有新發(fā)現(xiàn):首例持續(xù)活躍重復快速射電暴
中新網(wǎng)北京6月9日電 (記者 孫自法)一個是宇宙中最神秘、最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象——快速射電暴(FRB),一個是世界最大單口徑望遠鏡、被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST),這兩者強強互動、科學“碰撞”,會產(chǎn)生什么樣的天文“火花”一直備受矚目。
來自中國科學院國家天文臺的最新消息說,“中國天眼”首席科學家李菂研究員領(lǐng)導的國際團隊,通過“中國天眼”的“多科學目標同時巡天”(CRAFTS)優(yōu)先重大項目,觀測發(fā)現(xiàn)了首例、也是迄今唯一一例持續(xù)活躍的重復快速射電暴,命名編號為“FRB 20190520B”。
研究團隊之后通過組織多臺國際設(shè)備天地協(xié)同觀測,綜合射電干涉陣列、光學、紅外望遠鏡以及空間高能天文臺的數(shù)據(jù),將FRB 20190520B定位于一個距離地球30億光年的貧金屬的矮星系,確認其近源區(qū)域擁有目前已知的最大電子密度,并發(fā)現(xiàn)迄今第二個快速射電暴持續(xù)射電源對應體(PRS)。
這一璀璨天文“火花”的重要發(fā)現(xiàn),揭示出活躍重復暴周邊的復雜環(huán)境有類似超亮超新星爆炸的特征,挑戰(zhàn)了對快速射電暴色散分析的傳統(tǒng)觀點,為構(gòu)建快速射電暴的演化模型、理解這一劇烈的宇宙神秘現(xiàn)象奠定堅實基礎(chǔ)。該研究成果論文,北京時間6月8日夜間在國際著名學術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。
首例持續(xù)活躍快速射電暴如何被發(fā)現(xiàn)
論文第一作者、中科院國家天文臺青年學者牛晨輝博士介紹說,快速射電暴可在1毫秒的時間內(nèi)釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量,2007年才首次確定它的存在,2016年探測到第一例重復爆發(fā)的快速射電暴,打破了人們對其傳統(tǒng)認知。目前,該領(lǐng)域已成為天文學最新研究熱點之一,全球已公布近500例快速射電暴,僅不到10例有活躍爆發(fā)(即在其窗口期內(nèi)頻繁爆發(fā)),但此前并未發(fā)現(xiàn)存在持續(xù)活躍的重復快速射電暴。
他在系統(tǒng)處理“中國天眼”探測數(shù)據(jù)的過程中,發(fā)現(xiàn)2019年5月20日的數(shù)據(jù)存在重復的高色散脈沖,并依慣例命名為FRB 20190520B,這例快速射電暴在最初被探測到時,就表現(xiàn)出活躍的跡象?;谶@一發(fā)現(xiàn),研究團隊通過與美國甚大陣列望遠鏡合作,在2020年7月完成亞角秒量級的精確定位,并探測到一顆與之對應的致密的持續(xù)射電源。
隨后,研究團隊通過美國帕洛瑪200英寸望遠鏡和凱克望遠鏡、加拿大-法國-夏威夷望遠鏡和日本斯巴魯近紅外光學望遠鏡,確定了FRB 20190520B的宿主星系和紅移,推導出其宿主星系貢獻了總色散值的80%,為目前已知所有快速射電暴源中最高。
進一步結(jié)合散射特征,研究團隊提出宿主星系的色散主要來自鄰近快速射電暴爆發(fā)源的區(qū)域,該區(qū)域高電子密度導致的高色散值也使得FRB 20190520B遠遠偏離經(jīng)典的色散與紅移關(guān)系。
與之前美國發(fā)現(xiàn)相似快速射電暴有何異同
牛晨輝指出,此次“中國天眼”發(fā)現(xiàn)的FRB 20190520B與美國阿雷西博望遠鏡之前發(fā)現(xiàn)的FRB 20121102A非常相似。FRB 20121102A是人類發(fā)現(xiàn)的第一個快速射電暴重復暴和第一個被定位的快速射電暴,也是此前唯一被確認有致密射電源對應體的快速射電暴。
兩者都極為活躍,都擁有復雜的電磁環(huán)境,而FRB 20190520B各方面的特征都更為極端:例如FRB 20121102A存在爆發(fā)活躍期,但FRB 20190520B從未停止爆發(fā),截至目前,“中國天眼”已經(jīng)探測到后者幾百次爆發(fā)。
牛晨輝總結(jié)稱,作為首例持續(xù)活躍重復快速射電暴,F(xiàn)RB 20190520B是目前唯一沒有觀察到停止爆發(fā)的快速射電暴。FRB 20190520B近源位置的電子密度為迄今最高,擁有非常復雜的電磁環(huán)境,并是迄今第二例發(fā)現(xiàn)伴隨有射電持續(xù)源的快速射電暴。
他認為,F(xiàn)RB 20190520B與FRB 20121102A具有很大相似度,有可能代表了快速射電暴的演化早期階段,有望幫助揭開快速射電暴起源的神秘面紗。
“中國天眼”這項重要發(fā)現(xiàn)有哪些意義?
基于“中國天眼”探測數(shù)據(jù)的這項重要發(fā)現(xiàn)研究初步結(jié)果公布后,引起國際天文界的廣泛關(guān)注,以其為基礎(chǔ)已經(jīng)催生包括散射時標模型、超新星爆炸解釋等數(shù)篇創(chuàng)新模型文章。
李菂研究員表示,綜合“中國天眼”近期觀測數(shù)據(jù),F(xiàn)RB 20121102A和FRB 20190520B很可能處在快速射電暴初生階段?!爸袊煅邸钡某掷m(xù)觀測,特別是執(zhí)行“快速射電暴巡天”優(yōu)先重大項目,有望建立全新的快速射電暴演化圖景。
他透露,“中國天眼”的“多科學目標同時巡天”優(yōu)先重大項目迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少6例新快速射電暴,正在為揭示宇宙中這一神秘現(xiàn)象的機制、推進天文學這一全新領(lǐng)域的研究做出獨特貢獻。
針對快速射電暴是否為外星人聯(lián)系地球信號等廣泛猜測和“中國天眼”明確列入“參與地外文明搜尋”科學目標的關(guān)聯(lián)議題,李菂認為,雖然超出人類目前認知邊界的各種超自然現(xiàn)象,未被納入學界的主流框架,但為人們提供了足夠的想象空間。
快速射電暴發(fā)現(xiàn)人、美國西弗吉尼亞大學教授鄧肯·洛里默評價稱,基于新的快速射電暴FRB 20190520B特征及其持續(xù)射電源的存在,他認為快速射電暴有可能來自多種天體,可能有不同的分類。隨著快速射電暴樣本的持續(xù)增長,預計未來幾年內(nèi),就能夠詳細解釋快速射電暴耐人尋味的天體類別。
快速射電暴理論專家、美國圣路易斯華盛頓大學教授喬納森·卡茨說,F(xiàn)RB 20190520B這個發(fā)現(xiàn)幫助了解快速射電暴周邊環(huán)境,進而揭示其輻射機制。
中國科學技術(shù)大學天文系教授戴子高指出,F(xiàn)RB 20190520B研究表明其周圍環(huán)境似乎特別致密并且被高度磁化,進而意味著該暴的起源天體(現(xiàn)在廣泛認為是中子星)比較年輕,并且可能處于雙星系統(tǒng)或者超新星遺跡之中,這對于理解快速射電暴的周圍環(huán)境和物理起源具有重要科學意義。
中科院國家天文臺臺長常進院士表示,F(xiàn)RB 20190520B的發(fā)現(xiàn)雖具有一定偶然性,但更是中國持續(xù)增加大科學裝置投入取得突破的必然,得益于幾代天文人的貢獻付出。他希望不久的將來,在暗物質(zhì)、中性氫、引力波探測等世界科技前沿領(lǐng)域,中國科學家能取得更多原創(chuàng)性重大發(fā)現(xiàn)成果,實現(xiàn)更大科研突破。(完)
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