间隔16.35天!人类首次探测到深空周期重复无线电信号,持续超1年

一个月前,《自然》杂志刊文:一国际天文学团队追踪到一组新的深空重复无线电信号准确来源,位于银河系附近距地5亿光年的另一螺旋星系,从宽度仅7光年的年轻恒星群区域发出。

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图源:Science Alert

一个月后,该项研究又披露出更多细节:这并非简单的多次信号接收,而是有着严格周期规律的重复快速无线电脉冲。首先,前4天时间里,它会以每小时1~2次的频率密集暴发,其后又间歇12天“毫无音讯”,如此往复从一年多前首次探测至今(该项研究论文起稿日期),信号已持续409天,平均16.35天一个周期

何为“快速无线电脉冲”?

快速无线电脉冲又称快速射电暴(Fast Radio Burst,后文 简写为“FRB”),文字定义在此不赘述,不详的条友可以度娘或参考此前头条文章《 》,本节简要说说FRB的研究难点和几个新数据。

迄今,人们一共探测到150多个不同FRB源,其中仅只有10个是重复FRB信号(在另一研究论文中把这个数字提到了11个)。也就是说,90%以上都是一闪而过的单一无线电脉冲。

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图源:腾讯太空

这种毫无征兆的脉冲信号,使得提前预测和准备工作无法开展,只能守株待兔般被动等待。因而,追溯信号来源变得极为困难,至于进一步探究其成因、母星体、暴发过程等细节情况,则更似乎不太可能。但这些,又恰恰是科学家们兴趣点所在。

在短短几毫秒时间内,FRB可以释放出高达数颗甚至数亿颗太阳当量的能量,这足以说明FRB并非普通的宇宙噪声,而是和黑洞一样广泛存在但对其又一无所知的宇宙现象。为了揭开FRB神秘面纱,科学家们将研究重点对准了重复FRB信号。文章开篇提到的“深空重复无线电信号”,编号为FRB 180916.J0158+65(后文简称 FRB180916)。

FRB180916有何特殊之处?

一开始,FRB180916的暴发并没有什么特别之处。当连接在欧洲八台VLBI(甚长基线干涉测量)望远镜的无线电频谱仪上偶然划过一道亮光后,研究人员朝第一次信号方向进行持续观测,后续的5个小时内又探测到4次暴发,其后的四天时间基本保持这一频率。第五天,FRB180916源“沉默”了,第六天、第七天......也一样。当然大家以为就此失去联系时,第17天,频谱仪再次短暂亮起,并重复此前的规律。

研究团队意识到这是一个非常特殊的FRB源,随即与加拿大氢强度测绘实验室(CHIME)联系,进行联合观测。截至论文起稿时,这一深空重复信号已产生25个周期,平均每个周期16.35天。相关论文已发表在预印本平台arXiv上(编号2001.10275),最新的V3版本于2月10日提交,等待同领域其他专家审查。

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FRB180916信号规律

在屈指可数的重复FRB信号中,FRB180916是仅有三个已追踪到准确来源的第三个。但

相对于其他重复FRB无规则暴发,FRB180916却是人类探测到的首个有着完整周期规律深空信号。而且,该周期变化竟持续409天之久。

FRB180916的可能原因为何?

超高能量暴发,持续时间甚短,单一性或无规则重复,这是绝大多数FRB的特点。传统观点认为,FRB应为中子星,黑洞,带有伴星的脉冲星(如 “黑寡妇”脉冲双星系统),脉冲星内爆,一种称之为“Blitzar”恒星塌缩,及伽马射线暴(理论认为是中子星碰撞)等产生。然而,FRB180916的发现,给传统观点带来了挑战。

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“黑寡妇”脉冲双星(B1957+20)形成的弓形激波

当然,研究团队也给出了自己的观点:如果这是一颗非常古怪的O/B脉冲双星系统,低质量恒星和一个超质量毫秒脉冲星组合,导致脉冲星不在一条规则的自转轴上旋转,那FRB180916的现象就能得到很好解释。

这犹如地球的章动:由于地轴自身也存在小幅度的摆动(摆动周期18.6年),若不考虑公转影响,在一个章动周期内,地轴的运动轨迹是以地心为顶点的两个锥面。


当FRB180916源的脉冲信号摆动指向地球方向时,我们得以“看”到它的存在。当因章动影响远离地球方向,就存在12天的“消失”现象。

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地球章动示意图

研究团队另外还表示,FRB180916源也不排除是一个单独天体,如磁星或X射线脉冲星。当变化的磁场允许或阻碍了FRB信号正常传送,地球接收者也会在某段时间里一无所获。

以上两种解释虽然逻辑上没有问题,但对于O/B脉冲双星系统是否存在数十天的缓慢环绕(引发章动)周期,或者单一磁星的超强磁场为什么没有观测到,研究人员尚未能给出合理解释。

而最为关键问题在于

FRB脉冲间隔是以秒或毫秒计(表明母星体自转速度极快),既然FRB180916源连续四天时间均能朝向地球,但该脉冲信号时间间隔却长达半小时甚至1小时之久,则此间隔期间脉冲脉冲信号又传送到何方了呢?

如果说母星体的自传速度本身就需要半小时或1小时,则如此低的自转速度又如何能产生强大的FRB脉冲?

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这些,也许会成为其他团队的研究课题,但前提是建立在FRB180916当前研究得到了同行审查的普遍认可。


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