天文学家发现了宇宙爆炸的幽灵余辉

天文学家发现了宇宙爆炸的幽灵余辉

恒星大爆炸后伽马射线爆发的概念图。这两束伽马射线很难被探测到,除非其中一束是面向地球的。这种强大的现象被认为是“幽灵”爆炸的原因,在这种情况下,微弱的“无线电辉光”在事件发生后很久仍能被探测到。

宇宙似乎是一个非常安静的地方,没有人能听到你的尖叫。但这也不意味着它毫无生气。事实上,宇宙可能是非常混乱的,例如,当超新星爆炸时。通常情况下,这类事件的性质是相当明显的。这些气体和尘埃的爆发可以在许多光年内看到。但现在,天文学家们已经发现了某种不同种类的恒星灾难的第一个证据,一种看不见的“幽灵”爆炸,它发生在上世纪90年代,然后从那时起几乎消失殆尽,今天只留下微弱的幽灵余辉。

这一发现是天文学家在2017年晚些时候对第一次VLA巡天观测的数据进行搜索时发现的。这次爆炸事件被称为FIRST J141918.9+394036,也被称为一种宇宙音爆,并且被认为是一种所谓的孤儿余辉,其中一颗强大的伽马射线爆发(GRB)是由距离地球近3亿光年的星系中一颗巨大恒星的坍塌产生的。

如果发生这种情况,在这个过程中,这颗恒星会塌缩成一个叫做磁星的致密恒星,或者更有可能是一个黑洞。

天文学家发现了宇宙爆炸的幽灵余辉

被探测到的是最初爆炸后的无线电余辉,尽管它现在几乎已经完全消失了。然而,这种伽马射线爆发无法用伽马射线望远镜检测,就像典??型的伽马射线爆发一样。加州大学伯克利分校助理研究天文学家凯西·劳(Casey Law)解释说:我们相信,我们是第一个发现伽马射线爆发的证据,而这是无法用伽马射线望远镜探测到的。这些被称为“孤儿”的伽马射线爆发,以及更多类似的孤儿伽马射线暴预计将出现在正在进行的新的无线电调查中。

这篇新论文的合著者、多伦多大学的布赖恩·盖斯勒(Bran Gaensler)补充道:这是第一次有人能够从一个看不见的伽马射线爆发中捕捉音爆。

FIRST J141918.9+394036离地球很远,位于距地球2.84亿光年的矮星系,这可能是件好事。它居住在一个新恒星仍在诞生的区域,正如凯西·劳所指出的那样:这是一个恒星形成活跃的小星系,与其他星系相似,在其他星系中,我们已经看到了当一颗质量很大的恒星爆炸时产生的伽马射线暴的类型。

通常在伽马射线暴中,伽马射线的来源必须直接指向地球才能被探测到。据估计,利用美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜,从地球上可以看到大约每100个伽马射线中就有一个。根据凯西·劳的说法:伽玛暴在聚焦范围很窄的光束中发射伽马射线。在这种情况下,我们相信光束是指向远离地球,所以伽马射线望远镜没有看到这一事件。我们发现的是爆炸后的无线电发射,随着时间的推移,就像我们对伽玛暴的预期一样。

天文学家发现了宇宙爆炸的幽灵余辉

1993年至2017年的图像动画显示了无线电发射的“孤儿”伽马射线爆发,随着时间的推移逐渐消失。

据估计,在1993年的幽灵伽玛暴比现在亮了50倍。

那么,首先是什么导致了这些爆炸呢?凯西·劳认为,在它们之前,要么是两颗非常大的恒星-中子星-的合并,要么是单个大质量恒星的死亡,后者产生了一个快速旋转和高度磁化的中子星,被称为磁星(Magnetar)。爆炸释放出强烈的无线电波,然后逐渐消失;然后磁星将自旋下来,有时会发出快速射电爆发(FRBs),这本身就是一种独特和令人费解的现象。如果爆炸的是一颗恒星,那么它的质量可能是太阳质量的40倍以上。

FIRST J141918.9+394036在20世纪90年代早期由新墨西哥州的Karl G. Jansky甚大阵列射电天文台进行的天空无线电测量中首次被视为一个亮点。现在暗得多了,只能用大型射电望远镜才能探测到。

正如凯西·劳所指出的:“我们想,‘这太奇怪了。’它在90年代的最高亮度相当高,所以这是一个很大的变化:亮度下降了50倍左右。我们基本上通过了每一次无线电调查,每一个我们能找到的无线电数据集,每一个档案,把这件事的经过拼凑在一起。

我们比较了旧的天空地图上的图像,发现了一个在VLA巡天观测已经看不见的射电源。其他旧数据中的无线电源显示,它生活在一个相对邻近的星系中,早在20世纪90年代,它的亮度就像已知的最大爆炸-伽马射线爆发一样明亮。

天文学家发现了宇宙爆炸的幽灵余辉

位于新墨西哥州的KarlG.Jansky甚大阵列射电观测站,它被用来探索“幽灵”爆炸

凯西·劳和他的同事后来发现了另外10组对同一天空区域的射电观测数据,这些观测数据位于牧夫座,这使他们能够跟踪该物体的出现和消失。爆炸产生的第一批无线电辐射可能在1992年或1993年到达地球,但实际上直到1994年才首次探测到。

凯西·劳希望在未来的几年里能找到更多类似的幽灵爆炸的例子。

故事的一部分是关于天空的变化有多大,即使是在这么长的时间尺度上,以及测试这一点的难度有多大。这在一定程度上也与新的数据科学技术的价值有关。从这些丰富多样的数据集中提取信息有助于我们做好科学研究。


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