間隔16.35天!人類首次探測到深空週期重複無線電信號,持續超1年

一個月前,《自然》雜誌刊文:一國際天文學團隊追蹤到一組新的深空重複無線電信號準確來源,位於銀河系附近距地5億光年的另一螺旋星系,從寬度僅7光年的年輕恆星群區域發出。

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圖源:Science Alert

一個月後,該項研究又披露出更多細節:這並非簡單的多次信號接收,而是有著嚴格週期規律的重複快速無線電脈衝。首先,前4天時間裡,它會以每小時1~2次的頻率密集暴發,其後又間歇12天“毫無音訊”,如此往復從一年多前首次探測至今(該項研究論文起稿日期),信號已持續409天,平均16.35天一個週期

何為“快速無線電脈衝”?

快速無線電脈衝又稱快速射電暴(Fast Radio Burst,後文 簡寫為“FRB”),文字定義在此不贅述,不詳的條友可以度娘或參考此前頭條文章《 》,本節簡要說說FRB的研究難點和幾個新數據。

迄今,人們一共探測到150多個不同FRB源,其中僅只有10個是重複FRB信號(在另一研究論文中把這個數字提到了11個)。也就是說,90%以上都是一閃而過的單一無線電脈衝。

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圖源:騰訊太空

這種毫無徵兆的脈衝信號,使得提前預測和準備工作無法開展,只能守株待兔般被動等待。因而,追溯信號來源變得極為困難,至於進一步探究其成因、母星體、暴發過程等細節情況,則更似乎不太可能。但這些,又恰恰是科學家們興趣點所在。

在短短几毫秒時間內,FRB可以釋放出高達數顆甚至數億顆太陽當量的能量,這足以說明FRB並非普通的宇宙噪聲,而是和黑洞一樣廣泛存在但對其又一無所知的宇宙現象。為了揭開FRB神秘面紗,科學家們將研究重點對準了重複FRB信號。文章開篇提到的“深空重複無線電信號”,編號為FRB 180916.J0158+65(後文簡稱 FRB180916)。

FRB180916有何特殊之處?

一開始,FRB180916的暴發並沒有什麼特別之處。當連接在歐洲八臺VLBI(甚長基線干涉測量)望遠鏡的無線電頻譜儀上偶然劃過一道亮光後,研究人員朝第一次信號方向進行持續觀測,後續的5個小時內又探測到4次暴發,其後的四天時間基本保持這一頻率。第五天,FRB180916源“沉默”了,第六天、第七天......也一樣。當然大家以為就此失去聯繫時,第17天,頻譜儀再次短暫亮起,並重復此前的規律。

研究團隊意識到這是一個非常特殊的FRB源,隨即與加拿大氫強度測繪實驗室(CHIME)聯繫,進行聯合觀測。截至論文起稿時,這一深空重複信號已產生25個週期,平均每個週期16.35天。相關論文已發表在預印本平臺arXiv上(編號2001.10275),最新的V3版本於2月10日提交,等待同領域其他專家審查。

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FRB180916信號規律

在屈指可數的重複FRB信號中,FRB180916是僅有三個已追蹤到準確來源的第三個。但

相對於其他重複FRB無規則暴發,FRB180916卻是人類探測到的首個有著完整週期規律深空信號。而且,該週期變化竟持續409天之久。

FRB180916的可能原因為何?

超高能量暴發,持續時間甚短,單一性或無規則重複,這是絕大多數FRB的特點。傳統觀點認為,FRB應為中子星,黑洞,帶有伴星的脈衝星(如 “黑寡婦”脈衝雙星系統),脈衝星內爆,一種稱之為“Blitzar”恆星塌縮,及伽馬射線暴(理論認為是中子星碰撞)等產生。然而,FRB180916的發現,給傳統觀點帶來了挑戰。

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“黑寡婦”脈衝雙星(B1957+20)形成的弓形激波

當然,研究團隊也給出了自己的觀點:如果這是一顆非常古怪的O/B脈衝雙星系統,低質量恆星和一個超質量毫秒脈衝星組合,導致脈衝星不在一條規則的自轉軸上旋轉,那FRB180916的現象就能得到很好解釋。

這猶如地球的章動:由於地軸自身也存在小幅度的擺動(擺動週期18.6年),若不考慮公轉影響,在一個章動週期內,地軸的運動軌跡是以地心為頂點的兩個錐面。


當FRB180916源的脈衝信號擺動指向地球方向時,我們得以“看”到它的存在。當因章動影響遠離地球方向,就存在12天的“消失”現象。

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地球章動示意圖

研究團隊另外還表示,FRB180916源也不排除是一個單獨天體,如磁星或X射線脈衝星。當變化的磁場允許或阻礙了FRB信號正常傳送,地球接收者也會在某段時間裡一無所獲。

以上兩種解釋雖然邏輯上沒有問題,但對於O/B脈衝雙星系統是否存在數十天的緩慢環繞(引發章動)週期,或者單一磁星的超強磁場為什麼沒有觀測到,研究人員尚未能給出合理解釋。

而最為關鍵問題在於

FRB脈衝間隔是以秒或毫秒計(表明母星體自轉速度極快),既然FRB180916源連續四天時間均能朝向地球,但該脈衝信號時間間隔卻長達半小時甚至1小時之久,則此間隔期間脈衝脈衝信號又傳送到何方了呢?

如果說母星體的自傳速度本身就需要半小時或1小時,則如此低的自轉速度又如何能產生強大的FRB脈衝?

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這些,也許會成為其他團隊的研究課題,但前提是建立在FRB180916當前研究得到了同行審查的普遍認可。


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