神秘宇宙信號登上《自然》 天文學家:這種現象前所未見
在無盡的宇宙中,還有多少我們沒有發現的現象?至少,本週《自然》雜誌的一篇論文就講述了這樣的故事——這一次,來自澳大利亞和中國的天文學家發現了一個前所未見的宇宙信號。
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研究團隊利用位於西澳大利亞的默奇森寬場陣列(MWA)觀察到的,是一個時而明亮,時而暗淡的信號源:在持續30~60秒的爆發期,劇烈釋放的能量讓它成為同波段最明亮的射電源之一;隨後天體陷入超過17分鐘的沉寂,直至再次爆發。整個爆發週期的時長約為18分鐘。在2018年1月至3月間,這個信號源不時地閃爍——MWA先後71次捕捉到這個信號。但在此之後,它卻再也沒有出現過。
這項研究的通訊作者,澳大利亞科廷大學國際射電天文學研究中心(ICRAR)的天體物理學家Natasha Hurley-Walker博士說:“這是完全在意料之外的。對天文學家來說它彷彿是一個幽靈,此前從未發現有天體能做到這一點。 ”相對於宇宙來說,這個天體離我們很近,“只有”大約4000光年,就在銀河系的後院。
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這個天體的奇異之處,究竟體現在什麼地方?事實上,天體時而明亮、時而暗淡,這種週期性現象本身並不罕見。天文學家將這些天體稱作“暫現源”,它們記錄的往往是巨大的天體死亡時,或者是天體的遺骸爆發的現場。
根據這個週期的長短,已知的暫現源分為兩大類:在高頻射電波段,超新星這樣的慢速暫現源每次爆發可能會持續數日,隨之而來的是長達幾個月的漫長消失期;另一類是快速暫現源,例如脈衝星,爆發週期可能只有短暫的幾毫秒至幾秒。
這次發現的新天體與脈衝星同屬低頻射電天空,但其18分鐘的爆發週期,比已知的最長的脈衝星爆發週期還要長9倍,這樣的周期是此前從未觀測到的。
這個首次出現的神秘天體究竟是什麼?研究團隊隨後展開了分析。天文觀測與數據分析顯示,這個異常明亮、比太陽還小的天體釋放出高度偏振的射電信號,這說明這個旋轉的天體擁有極強的磁場。在已有的理論中,有一種被預言可以存在的天體,符合這個全新天體的特徵,這就是超長周期磁星。
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“此前有理論預言,存在一種緩慢旋轉的中子星。但沒有人預料到可以直接觀測到這種天體,因為我們沒有想到它會如此明亮,” Hurley-Walker博士說,“通過某種方式,它將磁場能量轉化為射電波的效率,比此前發現的天體都要高。 ”此外,研究團隊指出,該天體同樣有可能是擁有超強磁場的白矮星。它的確切身份,還需要更多後續研究來確認。
對於“外星文明產物”這樣的猜想,Hurley-Walker博士同樣給出了回應:“我考慮過這種可能性,但它覆蓋的頻率波段之寬,只可能是自然天體的過程,而不是人為信號。”
這個全新天體的發現,離不開觀測設備性能的提升。完成此次觀測的MWA觀測波段在70兆赫茲至300兆赫茲之間。這個視場(即能觀測的範圍)寬闊、靈敏度極高的設備是巡視整個宇宙、探索未知現象的有力工具。
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最早注意到這個信號的,是科廷大學的博士生Tyrone O’Doherty。去年年初,當時還是本科生的O’Doherty在整理MWA的觀測數據時,發現了這個異常信號。他說:“很高興能看到,我在去年看到的射電源最終成為如此奇異的天體。”
當然,觀測到這個信號只是起點,要揭示它的特徵,還需要大量數據處理工作。“這項研究的數據量非常大,生成的圖像在一千萬張以上。 ” 本文第二作者,現任中國科學院上海天文台助理研究員的張翔博士介紹道。上海天文台的中國SKA區域中心原型機與澳大利亞的Pawsey超算中心、CSIRO Pearcey超級計算機等共同承擔了這項研究的數據處理工作。
這個意料之外的發現對未來的天文學研究有著重要的指導意義。張翔博士點評道:“以往低頻射電對恆星的觀測往往集中在脈衝星等,射電望遠鏡主要搜尋出現週期為秒級甚至以下的天體。發現這樣的長周期天體後,天文學家可以重新在歷史觀測數據中查找類似的天體,並安排新的觀測。 ”
而這正是研究團隊接下來的目標。“更多的探測將告訴我們,這究竟只是一個罕見的一次性現象,還是大量存在,只是我們此前沒有發現過。” Hurley-Walker博士說。
MWA是新一代射電望遠鏡——平方公里陣列(SKA)低頻望遠鏡——的先導設備,上海天文台作為正式成員單位參加MWA的II期運行,優先獲取相關數據及科學資源。在本項研究工作中,上海天文台自主研發的中國SKA區域中心原型機承擔了該項目部分MWA數據的存儲,參與了寬波段偏振數據的處理,完成了部分偏振圖像的分析,並與澳大利亞SKA區域中心的計算設備共同完成了其他數據處理任務。
參考資料:
[1] N。Hurley-Walker et al。,具有異常緩慢週期性發射的無線電瞬變。 自然 (2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-021-04272-x
[2] 與天文學家以前見過的任何東西都不一樣的神秘物體。2022 年 1 月 26 日檢索自 https://www.eurekalert.org/news-releases/941140
[3] 科學家通過SKA先導望遠鏡發現超強磁場新天體。Retrieved Jan。27, 2022 from https://www.cas.cn/syky/202201/t20220127_4823849.shtml