来自宇宙的重复快速射电暴是怎么回事?真的是外星人信号吗?

上一篇文章《从搜寻外星文明到谜一样的快速射电暴——快速射电暴之谜上篇》介绍了人类通过射电望远镜寻找外星文明的简单历程,当然,最终并没有发现确凿的证据外星文明的存在。但本世纪发现的快速射电暴曾引起外星文明爱好者的兴趣,因为除了单次爆发的快速射电暴,科学家近年又发现了一种同一发射源重复爆发的快速射电暴!

重复爆发的快速射电暴,外星人信号?

由于快速射电暴短暂而又极少重复,使对其进行研究极其困难,直到2015年11月,加拿大天文学家保罗·朔尔茨在阿雷西博电波望远镜的观测记录中发现了10次重复爆发的快速射电暴!在此之前,快速射电暴都是同一发射源单次发生,并且爆发时间极短,一般科学家都认为它们可能来自于黑洞、中子星、白矮星等致密天体的碰撞和特殊爆发,但这些一次性事件无法解释重复爆发的快速射电暴。于是寻找外星文明的科学家和外星文明爱好者马上联想到了外星文明,这会不会是外星人向人类发射的射电信号?

于是,收到外星文明信号的传言风行网络,很多人都信了,但我们不禁要问,外星人是怎么制造这么强的射电信号的呢?外星文明爱好者自然拥有无敌的逻辑:蚂蚁岂能理解火箭的原理!……嗯…?…好像有点道理……

理性的分析:重复暴来自磁星?

不过这短短数毫秒的射电信号里,似乎并没有解读出任何编码信息,加上这些重复信号并没有严格的周期,非常的随机,这也不符合智慧文明信号的风格……所以,虽然依然有部分研究者认为快速射电暴是来自外星文明的信号,但更多的科学家开始寻找另外的解释。

由于排除了超新星爆发、黑洞-中子星合并和双中子星合并这样的一次性事件,有科学家提出了可能跟一种拥有强大磁场的致密中子星有关,科学家称这种拥有超强磁场的中子星为磁星。

由末期大质量恒星经过超新星爆发后坍缩而形成的中子星由于密度极高而又拥有巨大的初始角动量,使其自转极快,这就很容易产生了强大的磁场,典型磁星的磁场强度高达地球磁场强度的数百万亿倍!

在这样强大的磁场下,释放强大的电磁信号理论可行,但问题是发射机制是什么?科学家找到了两种快速射电暴的发射机制:一种是磁星磁层爆发;另一种是磁星产生的相对论激波(一种速度极高,以致无法忽略相对论效应的冲击波)撞击星际介质时产生。

中国的天地双眼,解开重复快速射电暴之谜

那么问题来了,正确答案是哪一种?想知道正确答案当然是观测啊,这时,正如标题所说的,我国的科学家要上场了!为什么是我国?因为我们有两大天文神器:地面全球最大最灵敏的500米单口径射电望远镜天眼FAST和天上全球最灵敏的硬X射线卫星慧眼HXMT!

睁开天眼看重复暴,排除磁星相对论激波相关

首先投入观测的是天眼FAST。天眼于2019年开始接受国内天文学家的观测时间申请,北京大学和中国科学院国家天文台联合培养的博士生罗睿申请到了12小时的观测时间,对新发现的一个重复暴FRB 180301进行观测。由于天眼的超高灵敏度,在12小时里探测到了15次重复暴发,并且在这15次爆发里,天眼记录了7次高灵敏度的偏振信息。

偏振是电磁波(横波)垂直于传播方向的振动,一般情况下,自然光源发出的光没有特定的偏振方向,称为非偏振光,而非偏振光经过反射或通过偏振镜片后会变成偏振光,也就是以特定方向振动的电磁波。

而此次记录的偏振信息显示,快速射电暴FRB 180301的单次爆发的数毫秒内偏振位置角会发生变化,用人话说就是它的振动方向在数毫秒内发生了变化。(如下图)

变化的偏振角排除了之前猜测的第二种可能性,即磁星产生的相对论激波相关。因为相对论激波产生的单次电磁脉冲无法产生变化的偏振方向,所以科学家只剩下一种选择:磁星的磁层相关!

而这个猜测的前提就是快速射电暴的重复爆发来自磁星,但怎么证明它是来自磁星的呢?这就要讲到另一次的观测:磁星SGRJ1935+2154的观测。

快速射电暴来自磁星?

磁星SGRJ1935+2154距离地球约3万光年,属于银河系内天体,是一颗拥有极强磁场的中子星,之所以把它作为观测对象是由于它极其活跃,2014年发现至今已经记录到了上百次软伽马射线爆发。(软伽马射线是指能量较低的伽马射线)

在2020年4月28日前后,天眼对磁星进行了大约一小时的连续观测,在这短短一小时的观测时间里,伽马射线卫星监测到磁星发生了29次软伽马射线爆发,但期间天眼并没有发现对应的射电爆发,这样,就排除了快速射电暴与软伽马射线暴相关的可能性。

但就在天眼对磁星观测后14小时,位于加拿大和美国的射电望远镜同时探测到磁星SGRJ1935+2154方向上的一个双脉冲的快速射电暴!该快速射电暴以当天的日期命名为FRB 200428,天文学家对其色散量的计算表明其距离与磁星相当!但很可惜此时的天眼正在地球的另一面忙于观测其它目标……

同样的方向,大致相同的距离,这可以判断快速射电暴就来自于磁星吗?还不能,因为这两者测量距离的方法不一样,两者存在误差,无法确认为同一距离上的天体。在探测到FRB 200428爆发的两天后,天眼再次对磁星进行了观测,凭着超高的灵敏度,非常幸运地记录了一次微弱的射电爆发,强度仅有FRB 200428的2500万分之一,这样的爆发自然不能算为快速射电暴,但这次爆发记录到的色散量与FRB 200428完全一致,这样可以确定,它们的距离一样!这样基本上可以确定该快速射电暴就来自于磁星。

睁开慧眼——快速射电暴的磁星起源一锤定音

刚才说了我国有两大天文神器,有一个还没上场呢——全球最灵敏的硬X射线卫星慧眼HXMT!实锤就要由它来敲下了。基于同样的原因,慧眼也对磁星SGR J1935+2154进行了持续观测。2020年4月28日,在加拿大和美国的射电望远镜探测到快速射电暴爆发前的8.6秒,慧眼探测到磁星SGR J1935+2154方向的一个双脉冲X射线爆发,其双脉冲与快速射电暴FRB 200428高度一致!可以确定为同一发射源的同一次爆发。

由于慧眼在X射线频段下的定位精度远高于射电波段的射电望远镜,因此可以基本锁定了X射线爆发来自磁星,仅8.6秒的间隔符合磁星距离上的射电波段与X射线波段的色散延时。这样多重证认下,我国科学家确定该伽马射线暴就来自于磁星的磁层爆发。

谜题完全解开了?

那么伽马射线暴来源之谜完全解开了吗?No!此次伽马射线暴并不具有广泛的代表性,一个很重要的原因是它所释放的能量远低于之前发现的快速射电暴。FRB 200428比银河系外已知最弱的快速射电暴弱30倍,比已知最强的快速射电暴弱1亿倍,很显然,磁星磁层爆发并不能解释那些一次性爆发的超强快速射电暴,但可以解释同一辐射源重复出现的快速射电暴,而这正是外星文明爱好者认为最有可能是外星人信号的一类快速射电暴。

所以,死心吧,不是外星人……

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