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哈勃追踪到星系旋臂快速射电暴:解开身世之谜,或源于宇宙最强磁铁爆发

2021-05-22 14:26 前瞻网   

 

哈勃追踪到星系旋臂快速射电暴:解开身世之谜,或源于宇宙最强磁铁爆发

图片来源:NASA, ESA, Alexandra Mannings (UC Santa Cruz), Wen-fai Fong (Northwestern)

天文学家利用美国宇航局(NASA)的哈勃太空望远镜追踪了五个遥远星系旋臂上五次短暂而强大的无线电爆炸的位置。

这些被称为快速射电暴(FRBs)的异常事件在千分之一秒内产生的能量相当于太阳一年产生的能量。由于这些短暂的无线电脉冲在眨眼之间就消失了,研究人员很难追踪到它们来自哪里,更不用说确定是什么或哪些物体造成了它们。因此,大多数时候,天文学家并不知道确切的观测地点。

定位这些爆炸来自哪里,特别是它们来自哪个星系,对于确定是什么天文事件引发了如此强烈的能量闪光至关重要。哈勃望远镜对8个快速射电暴的最新调查帮助研究人员缩小了可能的快速射电暴来源的范围。

夜光闪烁

2001年7月24日,帕克斯射电天文台在存档数据中发现了第一个快速无线电暴。从那时起,天文学家们发现了多达1000个快速无线电暴,但他们只能将其中大约15个与特定的星系联系起来。

“我们的结果令人兴奋的。这是对快速射电暴群体的首次高分辨率观测,哈勃望远镜发现其中5个位于星系旋臂附近或其上。”“大多数星系质量巨大,相对年轻,仍在形成恒星。因为哈勃有如此高的分辨率,成像使我们能够更好地了解主星系的整体属性,比如质量和恒星形成率,以及探测快速射电暴位置上正在发生什么。”

在哈勃的研究中,天文学家不仅把它们都固定在宿主星系上,而且还确定了它们的起源位置。哈勃望远镜在2017年观察了FRB的一个位置,在2019年和2020年观察了其他7个位置。

哈勃所研究的星系存在于数十亿年前。因此,天文学家看到的是宇宙大约一半年龄时的星系。它们中许多和我们的银河系一样大。这些观测是用哈勃宽视场相机3在紫外线和近红外光下进行的。

紫外线沿着螺旋星系的旋臂串成的年轻恒星发出的光芒。研究人员利用近红外图像来计算星系的质量,并找到更老的恒星群所在的位置。

位置

这些图像显示了螺旋臂结构的多样性,从紧密缠绕到更加分散,揭示了恒星是如何沿着这些突出的特征分布的。星系的旋臂描绘了年轻的大质量恒星的分布。然而,哈勃望远镜的图像显示,在旋臂附近发现的快速无线电暴并不是来自最亮的区域,那里闪耀着来自巨大恒星的光。这些图像支持了一个观点,即快速无线电暴可能不是来自最年轻、质量最大的恒星。

这些线索帮助研究人员排除了这些明亮耀斑类型的一些可能触发因素,包括最年轻、质量最大的恒星的爆炸死亡,这些恒星会产生伽马射线爆发和某些类型的超新星。另一个不太可能的来源是中子星的合并,中子星是恒星被压碎的核心,在超新星爆炸中结束它们的生命。这些合并需要数十亿年的时间才能发生,而且通常在远离不再形成恒星的较老星系的旋臂处被发现。

磁怪物

然而,该小组的哈勃结果与主要模型一致,即快速射电暴源自年轻的磁星爆发。磁星是一种具有强大磁场的中子星,它们被称为宇宙中最强的磁铁,其磁场的强度是冰箱门磁铁的10万亿倍。去年,天文学家们将在银河系发现的一个快速射电暴的观测结果与一个已知的磁星所在区域联系起来。

“由于其强大的磁场,磁星是相当不可预测的。” Fong解释说,“在这种情况下,快速无线电暴被认为是来自一个年轻磁星的耀斑。大质量恒星经过恒星演化成为中子星,其中一些中子星可以被强烈磁化,导致耀斑和表面的磁性过程,这些过程可以发射射电光。我们的研究符合这一情况,排除了非常年轻或非常年老的快速无线电暴祖先。”

这些观测结果还帮助研究人员加强了快速射电暴与形成恒星的大质量星系之间的联系。以前对一些可能的快速射电暴宿主星系的地面观测,并没有很清楚地探测到其中许多星系的底层结构,比如旋臂。因此,天文学家不能排除快速射电暴起源于隐藏在一个大质量星系之下的矮星系的可能性。据合著者、加州大学圣克鲁兹分校的Sunil Simha说,在哈勃的新研究中,仔细的图像处理和图像分析让研究人员排除了矮星系的存在。

尽管哈勃望远镜的结果令人兴奋,但研究人员表示,他们需要更多的观察,才能对这些神秘的闪光形成更明确的图像,并更好地确定它们的来源。

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责任编辑: 4126TJ

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