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2017-3-31

第一批由射电干涉仪探测到的快速射电暴

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 8:42 pm

最近一段时间以来,快速射电暴(FRB)领域的进展颇丰。新年伊始公布的甚大天线阵定位FRB 121102算是在一定程度上解决了这类瞬变现象的距离之谜,而前两天澳大利亚国立大学的研究生Manisha Caleb等人又宣称第一次使用射电干涉仪发现了新的爆发样本,为捕获更多此类难以捉摸的脉冲带来了新的希望。

作出这些发现的干涉仪是隶属悉尼大学的莫隆格勒(Molonglo)综合孔径望远镜(MOST),乍听之下名字很拗口,但实际上它却有着光辉的血统:MOST的前身是莫隆格勒十字望远镜,而莫隆格勒十字正脱胎于射电天文史上著名的米尔斯十字,算是后者的放大版。

新月下的莫隆格勒综合孔径望远镜。(图片提供:UTMOST)

但是现今的MOST只保留了莫隆格勒十字的东西臂。它由两面长778米、宽11.6米,彼此间隔15米的抛物柱面天线组成。这样的柱面天线并无传统意义上的焦点,取而代之的是焦线——7744架环状偶极子排成一线,接收由反射面获取的843 MHz信号。这些信号最终汇总成为352个扇形波束(也就是一个方向较窄、另一个方向很宽的波束),每个波束东西向宽度只有46角分,但在南北向却达到了2.8度——这是望远镜如此悬殊的长宽比例自然的结果。近些年来,为了配合快速射电暴的研究,MOST升级了相关器,摇身化作FRB搜索利器UTMOST。

虽然在升级期间,UTMOST已经进行过两次FRB搜索观测,但期间一无所获,至于意义则只是更好地限定了这种现象的发生率。2016年,在干涉仪完成改造后的第一次快速射电暴搜寻期间,UTMOST发现了3个新暴——FRBs 160317、160410与160608,它们是迄今第一批由干涉仪直接探测到的FRB(而不是FRB 121102这种由单天线望远镜发现、后来又经干涉仪重复探测的复发暴)。UTMOST取得的这些结果既为这种现象的观测带来了更多工具,更加强了这些短暂脉冲的真实存在性。

UTMOST对三个新发现的快速射电暴的观测结果,左为色散图,右为光变。(图片来源:Caleb et al. 2017

这三个新暴都是在观测已知源期间发生的。其中FRBs 160317与160410较为明亮,它们都是在两个相邻的扇形波束中得到探测的——一个波束中的信噪比较高,另一个较低。此外FRB 160317还兼具大色散(超过1150秒差距每立方厘米)以及接近银道面(距离约1度)这两个有些惹眼的特性,21毫秒的持续时间更堪称已知FRB之最;FRB 160410则有着较小的色散——278秒差距每立方厘米,这比最早被发现、色散已然偏低的FRB 010724还要低不少,只比目前的色散最低记录保持者——FRB 150807稍高一点点。

新发现的3个快速射电暴在天空中的位置。(图片提供:UTMOST)

根据这3个暴估计,快速射电暴在843 MHz频段上的发生率在每天100次的量级,当然比L波段的发生率低了不少,但还是较先前的预期更高。这可能是因为人们尚未全面认识FRB的能谱形态所致,毕竟之前大多数的样本都是在1.4 GHz频段上探测到的;又或者是源本身的分布情况未经可靠测量。

但是寄希望于使用干涉仪为FRB定位的人这次恐怕要失望了:受限于抛物柱面的形态,UTMOST在东西方向的分辨率尚可,到了南北向真的是惨不忍睹。除非能够对同一个源作重复观测,并借助地球自转来描画多条基线用于干涉测量,否则由仪器结构决定的先天短板是无从克服的。可惜的是,这3个暴在100小时的后续观测期间均无复发事件探测,所以通过如此手段提升分辨率的打算到现在为止还只是设想,今后能否实现,全凭复发暴常见与否。

抛物柱面望远镜借助地球自转来提升分辨率的原理示意。(图片来源:Caleb et al. 2017

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