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中澳两国天文学家发现神秘宇宙信号 “它仿佛是一个幽灵”

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在无尽的宇宙中,还有多少我们没有发现的现象?至少,本周《自然》杂志的一篇论文就讲述了这样的故事——这一次,来自澳大利亚和中国的天文学家发现了一个前所未见的宇宙信号

研究团队利用位于西澳大利亚的默奇森宽场阵列(MWA)观察到的,是一个时而明亮,时而暗淡的信号源:在持续30~60秒的爆发期,剧烈释放的能量让它成为同波段最明亮的射电源之一;随后天体陷入超过17分钟的沉寂,直至再次爆发。 整个爆发周期的时长约为18分钟。 在2018年1月至3月间,这个信号源不时地闪烁——MWA先后71次捕捉到这个信号。但在此之后,它却再也没有出现过。

这项研究的通讯作者,澳大利亚科廷大学国际射电天文学研究中心(ICRAR)的天体物理学家Natasha Hurley-Walker博士说:“这是完全在意料之外的。对天文学家来说它仿佛是一个幽灵,此前从未发现有天体能做到这一点。”相对于宇宙来说,这个天体离我们很近,“只有”大约4000光年,就在银河系的后院。

▲图中的白色标志,代表此次观测到的信号源在银河系中的位置【图片来源:Dr Natasha Hurley-Walker (ICRAR/Curtin)】

这个天体的奇异之处,究竟体现在什么地方?事实上,天体时而明亮、时而暗淡,这种周期性现象本身并不罕见。天文学家将这些天体称作“暂现源”,它们记录的往往是巨大的天体死亡时,或者是天体的遗骸爆发的现场。

根据这个周期的长短,已知的暂现源分为两大类:在高频射电波段,超新星这样的慢速暂现源每次爆发可能会持续数日,随之而来的是长达几个月的漫长消失期;另一类是快速暂现源,例如脉冲星,爆发周期可能只有短暂的几毫秒至几秒。

这次发现的新天体与脉冲星同属低频射电天空,但其18分钟的爆发周期,比已知的最长的脉冲星爆发周期还要长9倍,这样的周期是此前从未观测到的。

这个首次出现的神秘天体究竟是什么?研究团队随后展开了分析。天文观测与数据分析显示,这个异常明亮、比太阳还小的天体释放出高度偏振的射电信号,这说明这个旋转的天体拥有极强的磁场。在已有的理论中,有一种被预言可以存在的天体,符合这个全新天体的特征,这就是 超长周期磁星

▲最新天体的艺术概念图(如果它的确是一颗磁星)(图片来源:ICRAR)

“此前有理论预言,存在一种缓慢旋转的中子星。但没有人预料到可以直接观测到这种天体,因为我们没有想到它会如此明亮,” Hurley-Walker博士说,“通过某种方式,它将磁场能量转化为射电波的效率,比此前发现的天体都要高。”此外,研究团队指出,该天体同样有可能是拥有超强磁场的白矮星。它的确切身份,还需要更多后续研究来确认。

对于“外星文明产物”这样的猜想,Hurley-Walker博士同样给出了回应:“我考虑过这种可能性,但它覆盖的频率波段之宽,只可能是自然天体的过程,而不是人为信号。”

这个全新天体的发现,离不开观测设备性能的提升。完成此次观测的MWA观测波段在70兆赫兹至300兆赫兹之间。这个视场(即能观测的范围)宽阔、灵敏度极高的设备是巡视整个宇宙、探索未知现象的有力工具

▲默奇森宽场阵列(图片来源:Pete Wheeler, ICRAR)

最早注意到这个信号的,是科廷大学的博士生Tyrone O'Doherty。去年年初,当时还是本科生的O'Doherty在整理MWA的观测数据时,发现了这个异常信号。他说:“很高兴能看到,我在去年看到的射电源最终成为如此奇异的天体。”

当然,观测到这个信号只是起点,要揭示它的特征,还需要大量数据处理工作。“这项研究的数据量非常大,生成的图像在一千万张以上。” 本文第二作者,现任中国科学院上海天文台助理研究员的张翔博士介绍道。上海天文台的中国SKA区域中心原型机与澳大利亚的Pawsey超算中心、CSIRO Pearcey超级计算机等共同承担了这项研究的数据处理工作。

这个意料之外的发现对未来的天文学研究有着重要的指导意义。张翔博士点评道:“以往低频射电对恒星的观测往往集中在脉冲星等,射电望远镜主要搜寻出现周期为秒级甚至以下的天体。发现这样的长周期天体后, 天文学家可以重新在历史观测数据中查找类似的天体,并安排新的观测。

而这正是研究团队接下来的目标。“更多的探测将告诉我们,这究竟只是一个罕见的一次性现象,还是大量存在,只是我们此前没有发现过。” Hurley-Walker博士说。

MWA是新一代射电望远镜——平方公里阵列(SKA)低频望远镜——的先导设备,上海天文台作为正式成员单位参加MWA的II期运行,优先获取相关数据及科学资源。在本项研究工作中,上海天文台自主研发的中国SKA区域中心原型机承担了该项目部分MWA数据的存储,参与了宽波段偏振数据的处理,完成了部分偏振图像的分析,并与澳大利亚SKA区域中心的计算设备共同完成了其他数据处理任务。


文章分类: 生活百科知识
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