億年旅途只為毫秒閃爍,穿越星際的神祕“旅客”,到底從何而來?

來自澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)的Keith Bannister與Shivani Bhandari描述了一個“新的大殺招軟件”是如何在重要突破上做出了貢獻。

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圖解:來自CSIRO的澳大利亞平方公里陣的探路者 (ASKAP) 射電望遠鏡第29號天線傳回了一張圖片,在圖中,相控陣饋電接收機位於中心,南十字在左,月球在右。

在過去數十年裡,宇航員一直在尋找快速射電爆——一種來自外太空,只持續幾毫秒的無線電波閃爍。然而在研究幾十年之後,我們仍不知道到底是什麼產生了快速射電暴,只知道它肯定是某種擁有巨大能量的東西,並且經歷了漫長的旅程(數十億光年)。

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快速射電暴研究起來很困難,因為它們無法被預測,很難被監測到,如果你找到了它,你還需要特殊的望遠鏡測得正確的分辨率,才能確定它來自哪個星系。

雖然射電爆中的百分之幾是會重複出現在天空中同一位置的“重複者”(雖然模式沒有任何規律),但大多數只會出現一次。

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如今在我們發表於網絡版上的研究中,我們已能夠成功地定位一次性快速射電暴的來源星系——這是有史以來第一次。在2017年,另一個研究團隊確定了一個重複出現快速射電暴的來源星系,但那是(相對來講)很簡單的:因為它是重複的,所以你有機會把另一個望遠鏡指向天空中的那個方向。我們所面臨的挑戰更為嚴峻。

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我們定位的快速射電暴名為180924,我們確定它起源於一個名為DES J214425.25–405400.81的星系,在大約40億光年外的天鶴座。

這個能量巨大的宇宙無線電波爆發的精確定位是由位於澳大利亞西部CSIRO的新ASKAP射電望遠鏡發現的。

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所以我們是如何做到的呢?

我們已經花了幾年時間利用CSIRO最新的望遠鏡,澳大利亞平方千米陣探路者(ASKAP),尋找到的快速射電暴只有很少幾個。

但是在最近幾個月我們配置了最新的大殺招,一個能讓我們首次定位快速射電暴的“實況重播”的軟件。

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我們中的一名成員 (Shivani)有天晚上工作到很晚,研究一個先前發現的快速射電暴,同時監控正在運行的ASKAP的觀察。在凌晨一點左右,她發現ASKAP的軟件已經停止運行了,並且ASKAP沒有在記錄任何數據。於是她重啟軟件後就去睡了。

第二天早上Shivani醒來後檢查她的收件箱,看見ASKAP發來了一條可愛的消息:它發現了一個快速射電暴!

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圖解:頂部面板:快速射電暴180924只持續了1.3毫秒。底部面板:這幅圖像展示了快速射電暴180924在不同的無線電頻率和時間上的亮度。從左上到右下的彎曲形狀是由於分散的影響。這個快速射電暴穿過的氣體使其在較低頻率減緩,導致它到達時間延緩。這個影響使得宇航員能夠測量該快速射電暴在來地球的旅途中穿過了多少氣體。

實際上意義不僅如此:我們知道了我們新的實況重播是有用的,終於能夠找到快速射電暴的來源了。

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Keith也看到了ASKAP的信息,開心地在他家跑來跑去歡呼慶祝,叫醒了他的孩子(他的孩子和他一樣高興,他們從第一天起就與他們的父親一起面對對快速射電暴的渴求)

然後就是進行為期十天瘋狂的數據處理,編碼,檢查和雙重檢查,一直檢查到這個射電暴的名字,地址和電話號碼。

我們把自己的隊伍分成了兩個獨立工作的小組。當最終檢查來臨時,我們都同意把兩張圖片放在一起。這兩個小組將這個快速射電暴定位為天空中完全相同的地方。我們確定它的位置在一個星系的大小範圍內。如果那個位置有星系的話,我們就能知道這個快速射電暴的家。

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家,甜蜜的起源地

我們搜尋了一份光學圖像的檔案並很快找到了一個位於正確位置的星系。然後我們通知了全球的合作者,他們一直等著我們給他們一個星系去觀察的時候觸發望遠鏡。

他們動用了三臺世界上最大的光學望遠鏡——凱克望遠鏡、雙子座南望遠鏡以及歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡,為了能拍攝到這個星系的細節圖像並拍攝光譜(這能讓我們知道該星系的距離)

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圖解:DES J514425.25-405400.81的假彩色像,FRB 180924的寄主星系,這個圖像由甚大望遠鏡 (VLT)拍攝。FRB180924來自黑圈內的某個地方,離星系中心大約有13000光年。Curtin-ICRAR/Jean-Pierre Macquart

得到數據的時候,每件事都是令人驚訝的。我們唯一能與之比較的宿主星系是這個重複快速射電暴的。我們所發現的快速射電暴的星系大了1000倍,並且包含了更多的恆星。

不僅如此,我們的快速射電暴並不如一些宇航員所想來自於這個星系的中心,而是來自於星系的邊緣(或者說,至少是在邊緣)。起碼可以說這意味著我們的個快速射電暴並不是產自於這個星系中心的巨大黑洞(現有的眾多觀點中的一個)

儘管只有兩個樣本,我們也能說快速射電暴來自於不同的宿主星系。

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一座宇宙金礦

而且我們現在能夠精確定位射電暴來自於哪裡,把它作為工具使用。

快速射電暴與其穿越宇宙且被所有遇到的東西所改變這個問題一直糾纏不清。我們可以“讀取”這些改變,把它們和快速射電暴走過的距離相結合,總結出它們一共遇到了多少物質。

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我們希望這能揭示天文學家多年來一直在煩惱的所謂“失蹤物質”。這不是臭名昭著的“暗物質”(其性質仍未知),但我們認為太空中應該存在的普通重子物質仍未被很好地檢測到。我們總算是能夠整理我們的宇宙計算了。

下一步是什麼?

下一個任務是儲存更多快速射電暴,使得我們能得到足夠的信息去了解他們在宇宙中的演化——它們的來源星系種類,並最終解決他們起源的謎團。精彩才剛剛開始!

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. cosmosmagazine-大懶蛋-Keith Bannister

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