神秘重复的宇宙闪光,竟来自一个古老球状星团,科学家:应不存在

原标题:神秘重复的宇宙闪光,竟来自一个古老球状星团,科学家:应不存在

当它们第一次被发现时,快速射电暴 (FRB) 是一个谜。起初,每个快速射电暴都遵循相同的模式:持续不到一秒的无线电波长中的巨大能量激增——然后爆发消失了,不再重复。我们最初怀疑 FRB 可能是我们探测器中的硬件故障,但随着时间的推移,爆发的复发让我们相信它们是真实的。

在过去的 15 年里,在天空中发现了数百个快速射电暴,其中绝大多数只发现了一次。但观察到一小部分爆发重复,使天文学家能够追踪超过 20 个快速射电暴的起源。这些爆发的原因仍然未知,理论范围从旋转的中子星和磁星到外星人。

而同时发表在《自然》和《自然天文学》杂志上的两篇论文中,一个国际天文学家团队发现了一个令人惊讶的神秘快速无线电信号来源,一个紧密的球形星团——位于 M81 中,这是一个 1200 万光的巨大螺旋星系。

神秘FRB追踪到令人惊讶的位置!

新发现的重复的 FRB 源,称为 FRB 20200120E,由瑞典查尔姆斯理工大学的天文学家弗朗茨·克尔斯滕(Franz Kirsten) 领导的国际天文学家团队发现。为了确定 FRB 20200120E 的位置,团队求助于欧洲甚长基线干涉测量网络的分辨能力,该网络可以使用分布在世界各地的多达 22 台望远镜。同时团队设法让足够多的望远镜指向重复源,以对五个单独的 FRB 进行成像,最后确定它来自附近星系 M81 中的一个球状星团。

这一新发现令人惊讶,因为球状星团只包含古老的恒星——其中一些是宇宙中最古老的恒星。然而在 2020 年,在我们自己的银河系中发现了 FRB,这帮助科学家确定一个来源一定是磁星。

磁星是中子星的一种形式,它是一颗质量足以产生超新星但质量不足以形成黑洞的恒星坍缩后留下的。当这些残余物被压缩成中子汤时,中子星的物质会缩小,直到它只有大约 20 公里宽。这个致密的天体继承了其母星的所有自转能量,使其快速自转,而这通常是由于从其环境中落下的物质而进一步加速。

在许多情况下,这种快速旋转会产生脉冲星、中子星,它们的辐射源似乎会随着恒星的旋转而迅速闪烁。在另一些情况下,中子星最终会产生强烈的磁场,使其成为磁星。磁星的强烈磁场线被它的旋转所左右,通常会与它的环境产生高能相互作用。

但这些高能现象往往不会持续很长时间,至少在天文学方面是这样。所有这些与环境的能量相互作用导致中子星释放能量,减缓其旋转并降低其产生的任何光的强度。例如,磁星通常被认为只有 10000 年左右的寿命,然后才会逐渐消失。

此外,形成磁星的超新星发生在相对年轻的恒星中,通常只有几百万年的历史。

综合起来看,早期的恒星死亡和短暂的磁星寿命,意味着我们只希望在拥有大量年轻恒星的地区看到磁星。较老的恒星种群应该在数十亿年前就已经看到了磁星的形成和消失。球状星团的恒星平均年龄为数十亿年,它们太老了,不可能有足够近的年轻恒星死亡来创造这种类型的磁星。

或存在另一种方式制造FRB!

理论上,球状星团的古老恒星不太可能有任何形成中子星的超新星,一般可以排除磁星的存在。但也存在一种特殊的情况,可以在没有超新星的情况下或在超新星发生很久之后产生磁星,而这些特殊条件主要依赖于附近的伴星。

在球状星团中,许多恒星以双星系统的形式存在,其中一些靠近一颗恒星从另一颗恒星收集物质。这通常发生在一颗恒星不再处于其主序带并膨胀成为红巨星时。伴星将开始从红矮星的外层吸走物质,最终导致一种被称为“吸积诱导坍缩”的情况。如果其中一颗白矮星能从它的伴星身上捕捉到足够多的额外质量,它就会变成一颗密度更大的中子星。

另一种可能的解释是两颗致密的老恒星——例如一对白矮星、一对中子星的合并——彼此附近的近距离轨道上运行。然而,在我们的银河系中发生这种事件的可能性相当小。

在放大测量结果以寻找更多线索后,天文学家发现了令他们感到惊讶的另一件事。他们观察到的一些闪光持续时间比预期的要短,持续纳秒(十亿分之一秒)而不是毫秒(千分之一)。而闪光能在短短几十纳秒内就闪烁了亮度,这意味着它们一定来自空间中的一个微小体积,比足球场还小,而且可能只有几十米宽。当然,FRB源也有可能根本不是磁星,而是一个非常高能的毫秒脉冲星,它也是一种可以在球状星团中找到的中子星,但磁场较弱。

不过未来对 M81 球状星团的观测将不得不揭示源头是否真的是一颗不寻常的磁星,或者其他什么东西,比如不寻常的脉冲星或紧密围绕大质量恒星运行的黑洞。但要点是,将 FRB 追溯到这样一个意想不到的来源表明,关于这一现象还有更多的知识需要了解,它可能会颠覆我们对宇宙其他方面的理解。

如果您喜欢这篇文章,请为它点赞,更多精彩文章,请关注我。和光万物:有料有趣的科普!返回搜狐,查看更多

责任编辑: