一项令人惊讶的发现指出了快速射电爆发的根源

2020-06-13 09:41:54

然后,天文学家转向了之前已知的来源:一种被称为磁星的超高密度、快速旋转和高度磁化的恒星核心灰烬。凭借一项幸运的发现,快速射电爆发来自何处的谜团似乎已经解开。荷兰射电天文研究所和阿姆斯特丹大学的杰森·赫塞尔斯说:“你很少会得到一个如此惊人的线索,以至于它似乎突然解开了很大一部分谜团。”“通常情况下,我们在某种程度上是在逐步解决问题,而不是做出如此巨大的飞跃。”

有了罪魁祸首,天文学家现在可以专注于查明正在发挥作用的具体物理问题。在过去的一个月里,随着理论家们猜测磁星如何发射如此耀眼的无线电波,涌现出大量的论文。磁星很可能是通过在强大的耀斑中爆炸带电粒子而开始这一过程的。但是天体物理学家们正在争论这种耀斑究竟是如何产生无线电波爆发的。Hessels说,这类似于辨认一个魔术师,然后试图破译他们戏法背后的秘密。

天文学家已经收集了大约50种不同的理论来解释快速射电爆发-直到最近,这个数字还超过了事件的数量。这些想法包括各种狂野的场景,包括蒸发黑洞、折断宇宙弦,甚至是外星文明的推进系统。

但随着探测数量的增加,科学家们开始倾向于一种解释,而不是其他解释:磁星。哥伦比亚大学的天体物理学家布莱恩·梅茨格(Brian Metzger)说:“它们的一些性质确实表明它们来自某种磁化的中子星。”例如,快速射电爆发的电波是高度极化的,这表明它们来自强磁场。它们的持续时间短意味着它们来自一个相对较小的天体。它们必须由一个巨大的能量储备库提供动力。

然而,持怀疑态度的人争辩说,如果磁星是源,我们应该在我们自己的星系内看到快速的射电爆发。有了这次爆发,我们就有了。“在某种程度上,这是一个巨大的解脱,”梅茨格说,他一直致力于磁星模型的研究。“这意味着我没有扔掉几年的工作。”

现在的任务是精确定位磁星是如何产生短暂的无线电波爆发的。许多想法都是从磁星爆发出能量耀斑开始的,通常是以电子和正电子对的形式。然后,这些耀斑可以通过两种广泛的机制之一产生无线电波-一种发生在磁层(围绕磁星的强磁场)内,另一种发生在遥远的地方。在第一种情况下,能量耀斑仍然通过磁力线锚定在恒星的外壳上。当地壳不断地碰撞时,这些磁场就会扭曲和转动,直到它们突然变成一种更简单的状态,立即释放出激光般的无线电波。

在梅茨格和他的同事们去年发表的第二种情况下,能量耀斑逃离磁层,传播了很长一段距离-最高可达磁星半径的100万倍。在这里,它撞上了围绕磁星的较老的碎片,并产生了冲击波。这个冲击波向外移动,压缩它前面的磁化等离子体,并在它后面建立一个磁场。然后,当电子被激波锋面卷起时,它们开始绕着磁场旋转--这种舞蹈会发出另一束激光般的无线电波。这个模型做出了一个至关重要的预测。产生无线电发射的同样的冲击波也应该加热电子,使它们发射X射线。事实上,这次爆发释放的X射线能量应该是无线电波的100,000倍。

但是,当唯一快速的射电爆发来自遥远的星系时,就不可能验证这一预测。原因很简单吗?X射线望远镜没有射电望远镜那么灵敏。即使所有的X射线能量对我们来说也是看不见的。

当爆炸发生在我们宇宙的后院时就不是这样了。对这一新爆发的全面X射线分析发现,它释放了大量的X射线辐射--与梅泽尔的预测完全相符。梅茨格说:“我很惊讶这个模型的效果如此之好。”“它会给你一个小小的打击,并说,‘也许这值得我花时间。’”

虽然单个事件不能证明所有快速射电爆发都来自磁星,但加州理工学院的天文学家维克拉姆·拉维(Vikram Ravi)认为没有任何理由援引其他物体来解释各种可能的爆发行为。梅茨格指出,考虑到早在这一发现之前就有大量证据指向磁星,我们有理由认为不同类型的磁星可以解释我们所看到的多种类型的快速射电爆发。例如,重复出现的快速射电爆发可能来自年轻的、活跃的磁星,它们的磁场比我们银河系中的磁场强得多。

这种联系意味着我们可以使用快速的射电爆发来识别遥远宇宙中的磁星,使科学家能够对这些极端物体进行普查,并更好地解释它们的起源。在我们的星系中,我们怀疑磁星是在明亮的超新星爆炸中形成的。但是,如果我们开始在没有大质量恒星的星系中看到它们,那可能会指向更奇异的方式来创造磁星,比如两颗中子星的碰撞。

但首先,科学家们将密切关注附近的磁星,希望看到另一次令人震惊的近距离爆发。虽然磁星联系并不完全令人惊讶,但他们希望看到更多的例子来证实这一点。“从‘哦,天哪,这真的是真的’的意义上来说,这仍然令人震惊,”海瑟斯说。“在一张纸上写下一些方程式,然后面对它实际上是真实的,我们刚刚证明了这一点,这两者之间存在巨大的差异。”