亿年旅途只为毫秒闪烁,穿越星际的神秘“旅客”,到底从何而来?

来自澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的Keith Bannister与Shivani Bhandari描述了一个“新的大杀招软件”是如何在重要突破上做出了贡献。

图解:来自CSIRO的澳大利亚平方公里阵的探路者 (ASKAP) 射电望远镜第29号天线传回了一张图片,在图中,相控阵馈电接收机位于中心,南十字在左,月球在右。

在过去数十年里,宇航员一直在寻找快速射电爆——一种来自外太空,只持续几毫秒的无线电波闪烁。然而在研究几十年之后,我们仍不知道到底是什么产生了快速射电暴,只知道它肯定是某种拥有巨大能量的东西,并且经历了漫长的旅程(数十亿光年)。

快速射电暴研究起来很困难,因为它们无法被预测,很难被监测到,如果你找到了它,你还需要特殊的望远镜测得正确的分辨率,才能确定它来自哪个星系。

虽然射电爆中的百分之几是会重复出现在天空中同一位置的“重复者”(虽然模式没有任何规律),但大多数只会出现一次。

如今在我们发表于网络版上的研究中,我们已能够成功地定位一次性快速射电暴的来源星系——这是有史以来第一次。在2017年,另一个研究团队确定了一个重复出现快速射电暴的来源星系,但那是(相对来讲)很简单的:因为它是重复的,所以你有机会把另一个望远镜指向天空中的那个方向。我们所面临的挑战更为严峻。

我们定位的快速射电暴名为180924,我们确定它起源于一个名为DES J214425.25–405400.81的星系,在大约40亿光年外的天鹤座。

这个能量巨大的宇宙无线电波爆发的精确定位是由位于澳大利亚西部CSIRO的新ASKAP射电望远镜发现的。

所以我们是如何做到的呢?

我们已经花了几年时间利用CSIRO最新的望远镜,澳大利亚平方千米阵探路者(ASKAP),寻找到的快速射电暴只有很少几个。

但是在最近几个月我们配置了最新的大杀招,一个能让我们首次定位快速射电暴的“实况重播”的软件。

我们中的一名成员 (Shivani)有天晚上工作到很晚,研究一个先前发现的快速射电暴,同时监控正在运行的ASKAP的观察。在凌晨一点左右,她发现ASKAP的软件已经停止运行了,并且ASKAP没有在记录任何数据。于是她重启软件后就去睡了。

第二天早上Shivani醒来后检查她的收件箱,看见ASKAP发来了一条可爱的消息:它发现了一个快速射电暴!

图解:顶部面板:快速射电暴180924只持续了1.3毫秒。底部面板:这幅图像展示了快速射电暴180924在不同的无线电频率和时间上的亮度。从左上到右下的弯曲形状是由于分散的影响。这个快速射电暴穿过的气体使其在较低频率减缓,导致它到达时间延缓。这个影响使得宇航员能够测量该快速射电暴在来地球的旅途中穿过了多少气体。

实际上意义不仅如此:我们知道了我们新的实况重播是有用的,终于能够找到快速射电暴的来源了。

Keith也看到了ASKAP的信息,开心地在他家跑来跑去欢呼庆祝,叫醒了他的孩子(他的孩子和他一样高兴,他们从第一天起就与他们的父亲一起面对对快速射电暴的渴求)

然后就是进行为期十天疯狂的数据处理,编码,检查和双重检查,一直检查到这个射电暴的名字,地址和电话号码。

我们把自己的队伍分成了两个独立工作的小组。当最终检查来临时,我们都同意把两张图片放在一起。这两个小组将这个快速射电暴定位为天空中完全相同的地方。我们确定它的位置在一个星系的大小范围内。如果那个位置有星系的话,我们就能知道这个快速射电暴的家。

家,甜蜜的起源地

我们搜寻了一份光学图像的档案并很快找到了一个位于正确位置的星系。然后我们通知了全球的合作者,他们一直等着我们给他们一个星系去观察的时候触发望远镜。

他们动用了三台世界上最大的光学望远镜——凯克望远镜、双子座南望远镜以及欧洲南方天文台的甚大望远镜,为了能拍摄到这个星系的细节图像并拍摄光谱(这能让我们知道该星系的距离)

图解:DES J514425.25-405400.81的假彩色像,FRB 180924的寄主星系,这个图像由甚大望远镜 (VLT)拍摄。FRB180924来自黑圈内的某个地方,离星系中心大约有13000光年。Curtin-ICRAR/Jean-Pierre Macquart

得到数据的时候,每件事都是令人惊讶的。我们唯一能与之比较的宿主星系是这个重复快速射电暴的。我们所发现的快速射电暴的星系大了1000倍,并且包含了更多的恒星。

不仅如此,我们的快速射电暴并不如一些宇航员所想来自于这个星系的中心,而是来自于星系的边缘(或者说,至少是在边缘)。起码可以说这意味着我们的个快速射电暴并不是产自于这个星系中心的巨大黑洞(现有的众多观点中的一个)

尽管只有两个样本,我们也能说快速射电暴来自于不同的宿主星系。

一座宇宙金矿

而且我们现在能够精确定位射电暴来自于哪里,把它作为工具使用。

快速射电暴与其穿越宇宙且被所有遇到的东西所改变这个问题一直纠缠不清。我们可以“读取”这些改变,把它们和快速射电暴走过的距离相结合,总结出它们一共遇到了多少物质。

我们希望这能揭示天文学家多年来一直在烦恼的所谓“失踪物质”。这不是臭名昭著的“暗物质”(其性质仍未知),但我们认为太空中应该存在的普通重子物质仍未被很好地检测到。我们总算是能够整理我们的宇宙计算了。

下一步是什么?

下一个任务是储存更多快速射电暴,使得我们能得到足够的信息去了解他们在宇宙中的演化——它们的来源星系种类,并最终解决他们起源的谜团。精彩才刚刚开始!

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. cosmosmagazine-大懒蛋-Keith Bannister

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