Bo Zhang's Homepage
..The universe is unfolding as it should..

2014-1-7

新的爆发式天文现象——快速射电暴

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 7:30 pm

前几天在一次会议上,第一次听到了快速射电暴(Fast Radio Burst,简称FRB)这个名词,听起来甚是有趣,在此记上一笔。由于这一现象尚属新事物,研究界实在是有40年前伽玛暴发现之初的感觉,除了观测给出的少数限制之外,其他很大程度上都是猜测,因此各路靠谱不靠谱的模型也是粉墨登场,好不热闹。

小麦哲伦云的光学(反色灰度图)和射电(等高线)图,红色圆圈表示第一个快速射电暴发生的区域。(图片提供:Lorimer et al., NRAO/AUI/NSF)

第一个快速射电暴是Duncan Lorimer等人于2007年在澳大利亚Parkes望远镜的数据中搜索脉冲星时,无意间在小麦哲伦云的方向发现的。当时发现者就意识到,他们可能看到了一类全新的现象,但是由于手头只有一个样本,受到的关注不算太多(其实本人也是当年无视该现象的人之一,那时候还翻译过相关的新闻报道来着,不过之后就没有再把它放在心上了……)。后来Thornton et al. (2013)用更多的样本进一步证实了这一现象的存在,这才吸引了众多研究者的注意力。

快速射电暴的现象很简单,这是一类只拥有单峰结构的强烈爆发,持续时标很短暂,只有几毫秒的量级(如第一个射电暴只持续了不到5毫秒)。它们普遍分布在高银纬天区,不存在任何其他波段的成协暂现源。但后一点更可能是由于现有样本都不是实时探测,而是从数据存档中挖掘而来,因此缺乏及时的后续观测导致的。实际上探讨快速射电暴的多波段对应体也是相当有意思的。(不过需要注明的是,由于现有高能观测仪器视场普遍较大,基本可以排除这类现象伴随有明亮高能爆发的可能性了。)

快速射电暴的光变曲线示例。(图片来源:Thornton et al. 2013)

由于不具备后续观测,快速射电暴的发生地也只能通过间接手段来估计。射电天文学中经常会借助信号的弥散程度来估测目标天体的距离。在射电波穿过星际或星系际电离气体时,由于等离子体的色散效应,低频成分速度减慢,因此不同频段的信号抵达望远镜的时间有所不同,时间差越大则距离越远。假设几个快速射电暴的色散量主要由星系际介质而非宿主星系本身的贡献,它们应该都属于河外现象,红移介于0.45到0.96之间。当然因为这只是间接测量,不同频段信号的时间差起因也不止星际色散一种,如果宿主星系中具有高密度等离子体云的话,它们的真实距离与估测值相去甚远也是有可能的。

快速射电暴的色散图,右上插图为不同频段的光变曲线。(图片来源:Thornton et al. 2013)

此类现象的发生率也是相当惊人。虽然现在已知的快速射电暴样本屈指可数,但同样不能忽视的是射电望远镜,尤其是Parkes这样的单天线望远镜的狭窄视场。如果在有限的观测时间内就积累了手头这些样本,那么每天大致要保证有大约一万次快速射电暴发生,折合到每个星系,那就相当于每1000年一次。

河外加极高的发生率,那么这样的现象究竟是什么原因导致的?由于样本少、无后续,现有观测限制实在是屈指可数。最重要的几点包括产生射电相干辐射的要求;光变时标给出的源区尺度限制只有108厘米左右,远不及普通恒星的半径,因此它要么是致密星相关的现象,要么来自普通恒星表面的局部区域;高爆发率则要求这必然是一种常见现象。虽然高银纬外加大色散量的限制更倾向于宇宙学起源的模型,但考虑红移测量的缺乏,银晕中的过程也还是不能完全被排除掉。

因此现有的理论模型很多也很杂乱,包括磁星的射电爆发、原初黑洞的蒸发(怎么又是这货)、双白矮星并合、双中子星并合期间的磁层相互作用、超重中子星坍缩成黑洞、河内耀星,等等等等,总计10余种。这里很多模型遭遇的共同难题是所需时标过长,且会伴随有其他波段的强烈爆发。至于最终花落谁家,还有待更多的数据积累。

未来需要做的事情包括在各射电望远镜的数据存档中挖掘更多的快速射电暴样本、寻找可能与其他瞬变现象(如伽玛暴)相关的快速射电暴,以及尽量实现实时探测与及时的后续观测。另外需要注意的是,目前所有的快速射电暴样本都是在Parkes望远镜的数据中挖掘而来的,这里是否存在与仪器相关的选择效应,也是某些研究者的争议话题,因此倘或能够使用其他望远镜发现同类现象,应该可以更好地说明它的真实性。

如果最终这种现象被证实是河外起源的,那么快速射电暴的应用前景也是甚为光明的。除了增进人们对剧烈爆发现象的了解,它还会为宇宙学研究提供新的探针,甚至有望结合色散量,直接限制宇宙的重子物质数量乃至电离过程。更进一步,倘或它与其他现象的成协性得到确认,还可以协同利用两种现象,促进彼此的理论发展。

No Comments

No comments yet.

RSS feed for comments on this post.

Sorry, the comment form is closed at this time.

首页 | 天文 | 科学 | 摄影 | 模型 | CV | 版权声明 | 联系站长
京ICP备05002854号-2 Powered by WordPress Version 2.0.6
Licensed under Creative Commons Licenses

porno izle