快速射電暴（FRBs）–能量極高的射電波脈衝–自2007 年被發現以來已被反覆觀測到，引發了天文學家對其起源的深入研究。 科學家認為，它們很可能是由被稱為磁星的高磁化中子星引發的。 中子星是在超新星中爆炸的大質量恆星的殘餘物，是宇宙中密度最大的天體之一。 當我們銀河系中的一顆磁星爆發時，包括加州理工學院STARE2 計畫（瞬態天文射電發射2 勘測）在內的幾個天文台即時捕捉到了這一事件，這是支持磁星理論的一個關鍵證據。

《自然》（Nature）上發表的一項新研究中，由加州理工學院領導的研究小組準確地指出了FRB最有可能發生的地方：在大質量、恆星形成的星系中，而不是在較小、低質量的星系中。 這項發現為研究磁星的形成提供了新的視角。 

研究表明，這些不尋常的死星的磁場強度是地球的100萬億倍，通常在兩顆恆星合併並隨後作為超新星爆炸時產生。 以前，人們還不清楚磁星是否以這種方式形成–來自兩顆合併恆星的爆炸–或者它們是否也可能來自單顆恆星的爆炸。

這張蒙太奇照片展示的是用於發現和精確定位快速電波暴（FRB）位置的深同步陣列-110 的天線。 天線上方是一些快速電波暴主星系在天空中的影像。 這些星系非常大，對描述FRB 來源的模型提出了挑戰。 資料來源：Annie Mejia/加州理工學院

關於磁星形成的見解

這項新研究的第一作者、與加州理工學院天文學助理教授維克拉姆-拉維（Vikram Ravi）合作的研究生剋里蒂-夏爾馬（Kritti Sharma）說：”磁星輸出的巨大能量使它們成為宇宙中最迷人、最極端的天體。

該項目首先利用深層同步陣列-110（DSA-110）搜尋FRB，這是一個由美國國家科學基金會資助的加州理工學院項目，位於加州畢曉普附近的歐文斯山谷射電天文台。 迄今為止，這個龐大的電波陣列已經偵測到了70個FRB，並將它們定位到了它們的特定星系（其他望遠鏡只定位到了另外23個FRB）。 在目前的研究中，研究人員分析了其中的30 個定位FRB。

克里蒂-夏爾馬

恆星形成星系中出現的FRB

拉維說：”DSA-110 使已知宿主星系的FRB 數量增加了一倍多。這就是我們建立陣列的目的”。

雖然眾所周知FRB發生在恆星形成活躍的星系中，但研究小組驚訝地發現，FRB往往更常發生在大質量恆星形成星系中，而不是低質量恆星形成星系中。 光是這一點就非常有趣，因為天文學家之前一直以為FRB會在所有類型的活躍星系中發生。

富含金屬的星系： 磁星的熱點

有了這些新訊息，研究小組開始思考這些結果對FRB 的啟示。 大質量星系往往富含金屬，因為我們宇宙中的金屬–恆星製造的元素–需要時間在宇宙歷史中累積。 FRB在這些富含金屬的星系中更為常見，這意味著FRB的來源–磁星，在這類星系中也更為常見。

富含金屬的恆星–在天文學上指比氫和氦更重的元素–往往比其他恆星長得更大。 “拉維說：”隨著時間的推移，隨著星系的成長，一代又一代的恆星在進化和死亡的過程中為星系提供了豐富的金屬元素。

更重要的是，在超新星中爆炸並可能成為磁星的大質量恆星通常成對出現。 事實上，84%的大質量恆星都是雙星。 因此，當雙星中的一顆大質量恆星因金屬含量過多而膨脹時，其多餘的物質就會被拉到它的伙伴恆星上，從而促進兩顆恆星的最終合併。 這些合併後的恆星將擁有比單顆恆星更大的組合磁場。

克拉姆-拉維

夏爾馬解釋說：”金屬含量較多的恆星會膨脹，推動質量轉移，最終導致合併，從而形成一顆質量更大的恆星，其總磁場大於單顆恆星所具有的磁場。”

總之，既然在大質量和富含金屬的恆星形成星系中更容易觀測到FRB，磁星（被認為會觸發FRB）很可能也是在富含金屬的環境中形成的，這種環境有利於兩顆恆星的合併。 因此，研究結果表明，宇宙中的磁星起源於恆星合併的殘餘物。

未來，研究團隊希望利用DSA-110 和最終的DSA-2000（一個計劃於2028 年在內華達沙漠建造完成的更大的無線電陣列）來尋找更多的FRB 及其起源地。

“這項成果對於整個DSA團隊來說是一個里程碑。 這篇論文的許多作者都參與了DSA-110 的建造，”拉維說。 “DSA-110在定位FRB方面如此出色，預示著DSA-2000的成功。”

編譯自/ ScitechDaily