作者:李菂等 来源:《自然》 发布时间:2022/6/10 10:15:15
选择字号:
FAST发现首例持续活跃重复快速射电暴

 

在中国科学院国家天文台(以下简称国家天文台)研究员李菂研究组里,“90后”博士后牛晨辉的外号是“巨星”,当初的得名仅仅是因为他在一张合照里显得格外高大魁梧。

在寻找快速射电暴(FRB)的征途上,牛晨辉正在奋力朝着名副其实的“巨星”方向努力。

北京时间6月9日,李菂领导的国际团队在《自然》上发表文章,报道了他们在中国天眼FAST的帮助下,发现迄今为止唯一一例持续活跃的重复快速射电暴,命名为“FRB 20190520B”。

后续多台国际设备天地协同观测将它的“家乡”锁定在一个距离我们30亿光年的贫金属矮星系。牛晨辉是该论文的第一作者。

作为世界上最大的单口径望远镜,FAST在“多科学目标同时巡天(CRAFTS)”优先重大项目支持下,开展快速射电暴搜寻,已经发现至少6例新FRB,正在为揭示宇宙中这一神秘现象的机制、推进天文学这一全新领域的研究做出独特的贡献。

中科院6月7日举办的新闻发布会上,回首FAST建造历经的20多年,国家天文台FAST运行和发展中心常务副主任、总工程师姜鹏感到很欣慰。他打趣说:“当时的艰辛一度让人对未来产生迷茫,如果早知道FAST能有这么多收获,我们或许会更加卖力!”

李菂研究团队部分成员合影,右一为李菂,左三为牛晨辉 (国家天文台供图)

再也不见的“眨眼”

快速射电暴是宇宙中最明亮的射电爆发现象,2007年才被首次发现。其可以拆分成“快速”、“射电”、“暴”三个部分来理解。其中,“快速”意指爆发持续时间非常短。

“人一眨眼的功夫大约300毫秒,FRB持续的时间是1毫秒,比眨眼瞬间还要快许多。”牛晨辉介绍。

“射电”意指所在的电磁波波段。“暴”意指剧烈爆发现象,释放太阳大约一整年辐射出的能量只在1毫秒内。

那么问题来了,究竟是什么东西才能在不到“眨眼”的瞬间里爆发出如此高的能量?是外星人发来的信号吗?对此,李菂的看法是:“目前科学上已知的证据并没有支持FRB起源于外星人这样的‘超自然’现象,科学家认为FRB可能起源于中子星或矮星系。”

很长时间以来,同一个FRB往往只能被探测到一次,好比宇宙深处每一次的“暗送秋波”转瞬即逝再也不出现,自然也看不清、找不到那个“眨眼睛的人”——“再见,再也不见”。

直到2016年,一次重复的“眨眼”才被美国阿雷西博望远镜探测到,它被命名为FRB 20121102A。随着观测设备不断进步,全球公布了近500例FRB,只有不到10例有活跃爆发。但即使是重复爆发的FRB也有其窗口期,一旦窗口期过去,它又躲进茫茫黑暗中。科学家所期待的那些一直“眨眼”的持续活跃的重复快速射电暴久久没有出现。

20秒4次 “一眼”万年

转机发生在2019年5月20日的夜里。

安在贵州平塘一隅的FAST一如往常仰望苍穹。500米的大口径让它具有探测电磁波的高灵敏度,尽力倾听宇宙的声音。“嘀,嘀,嘀……”当同一个波束扫过的10秒中内,FAST看到了3次“眨眼”。20秒后,另外一个波束扫到相邻位置时又探测到1次“眨眼”。

牛晨辉在庞杂的数据中发现了20秒内的4次脉冲信号,感到又惊又喜:又一个重复的FRB!?随即,科研工作者的理智让他冷静下来,在排除脉冲星和射电干扰后,他才确定该脉冲的确来自于一个新的FRB,并按照用探测日期命名的惯例,将其命名为FRB 20190520B。

在后续观测中,他和同事们得到了新的惊喜,FRB 20190520B不仅是重复的,还是没有爆发窗口的持续活跃的!最新发表的这篇论文中,他们确认,这是世界首例持续活跃的重复快速射电暴。

“20190520,依旧520。”平时科研中相当严谨的牛晨辉感到一种无法语言表达的奇妙缘分,“它的持续活跃,似乎在那次‘一眼万年’的邂逅之后,和FAST进行着一场永久的爱情。”

  FRB位于银道坐标系下的全天分布,红色五角星位置是FRB 20190520B。其他快速射电暴都有窗口期,而勤奋的FRB 20190520B从未停歇。 (国家天文台供图)

30亿光年外“寻家”

科研工作没有止步于浪漫的想象中,科研人员迅速开展了对这一特别FRB的全方位探索。

为了精确定位它的“家乡”,李菂研究团队发起了国际合作。团队通过与美国甚大阵列望远镜、美国帕洛玛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斯巴鲁近红外光学望远镜等合作,确定了其“宿主星系”是距离我们30亿光年的贫金属的矮星系。

李菂强调:“虽然位于全球各地的望远镜由不同国家投资建设,但我们面对的是同一片天空,天文学是全人类的共同追求。”

  FAST望远镜与美国甚大阵列望远镜合成图,上图为美国甚大阵列望远镜阵列,下图为FAST (国家天文台供图)

同时,“色散值”这一特征数据表明,FRB 20190520B的近源电子密度远高于其他FRB,表明在其宿主星系传播路径中经过了复杂的电子密度分布。简单地说,其宿主星系的环境十分复杂,以至于剧烈的射电暴在离开“老家”时就历尽艰辛,此后抵达地球的旅程反而相对顺利。

FRB领域创始人邓肯·洛里默对此评价说:“基于上述认识,我认为快速射电暴可能有不同的分类。随着快速射电暴样本的持续增长,预计未来几年内,我们能够拨开快速射电暴神秘的面纱。”

此外,研究人员还发现,FRB 20190520B与FRB 20121102A有着“孪生兄弟”般的相似度,包括附近都伴随有持续射电源对应体、都极为活跃并拥有复杂的电磁环境等。“它们有可能代表了快速射电暴的演化早期阶段。”牛晨辉告诉《中国科学报》。

如今,发现FRB 20121102A的阿雷西博望远镜已经因为年久,最后维修不及时而坍塌,接力棒交到FAST手上。李菂期待,在“快速射电暴巡天”优先重大项目支持下,FAST的持续观测有望建立全新的FRB演化图景。

当然,接过“接力棒”的还有牛晨辉。他永远铭记已经故去的亲手建造FAST的南仁东先生的一句话:“最好的天文设备实际上是修给下一代的天文学家,修给现在在读和将要入学的年轻人。”

“我就是先生当年口中的‘年轻人’,能够站在巨人的肩膀上,我深感幸运。”牛晨辉表示。(来源:中国科学报 甘晓)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04755-5

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
“人造太阳”逐日梦 “聚变合肥”加速度 “奋斗者”号到达克马德克海沟最深点
时隔21年,大果五味子野外回归 海上风电与海洋牧场融合发展项目并网发电
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文