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2016-11-19

与快速射电暴成协的伽玛射线信号?

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 1:58 pm

快速射电暴这种瞬变现象的真实身份至今不明,其中的一个重要原因就是人们尚未找到它的多波段对应体。年初E. F. Keane等人声称观测到了FRB 150418的射电余辉,可是这个神秘射电源很可能实为活动星系核,相关的争议至今未能平息。最近宾夕法尼亚州立大学的James DeLaunay等人又宣布,他们在雨燕卫星的观测数据中找到了伴以FRB 131104的高能信号

其实之前就已经有人搜索过与伽玛暴疑似成协的快速射电暴了。这其中有的是在接到伽玛暴卫星的触发信号后使用射电望远镜转向观测,有的是在存档数据中寻找在时间和发生方位上相一致的GRB与FRB事件对,而且都找到了疑似的成协案例。这次DeLaunay等人换了另一种思路:寻找未被高能卫星触发的疑似成协伽玛射线对应体。

其实在今年年初公布重复发作的FRB 121102之时,就有研究者检索了雨燕和费米的存档数据,但未能找到与这个射电暴成协的东西。DeLaunay等人的研究对象则涉及所有已知的FRB,分析在这些FRB发生前后,距离FRB所在位置15角分半径内,雨燕卫星的爆发预警望远镜(BAT)以及INTEGRAL卫星的IBIS成像仪视野中的一切变化。结合卫星当时的指向和视场,只需要考察FRB 110626和131104两次未见重复的FRB,以及FRB 121102的两次发作足矣。

其结果是,他们发现在FRB 131104爆发之后数百秒,BAT的边缘出现了一个信噪比只有4.2σ的暂现源,远比正常的伽玛暴为弱。信号弱的原因一来可能跟辐射源本身特性有关,二来BAT的边缘探测效率也的确要比中心区域更低。而其他几次射电暴的高能对应体就没有露出任何踪迹了。

FRB 131104的疑似伽玛射线对应体(上)及其放大图(下),图中圆圈表示Parkes望远镜的波束宽度,颜色表示置信度。(图片提供:J. J. DeLaunay, Penn State University)

由于这个暂现源在超过3σ置信度的水平上应该与FRB 131104成协,尽管其信噪比较低,DeLaunay等人还是认为它确实存在,并为之赋予了Swift J0644.5−5111的编号。这个源的T90长达377秒,远长于毫秒级的FRB本身。在雨燕的观测能段内,它的能谱可以用幂律较好地拟合,由此给出的FRB 131104射电相对伽玛射线的流量比对数大约是5.8。值得注意的是,磁星SGR 1806−20巨耀发的同一参数上限在5.9左右。而如果假设FRB的射电相对高能流量比为定值(至少变化幅度不大),考虑FRB 131104的确要比其他几个落在BAT视野中的射电暴更明亮,所以伴随其他事件的高能信号也确实会较弱,达不到BAT探测的下限。

由于同期没有其他高能卫星对同一天区的观测,很难对Swift J0644.5−5111的高能辐射作出进一步的限定。不过假定根据FRB 131104的色散量推算出的距离(3.2 Gpc)可信,那么对应体的高能辐射各向同性能量达到了1051尔格的量级,只比典型的伽玛暴略弱,而远强于一般的超新星。

FRB 131104的疑似伽玛射线对应体光变曲线,图中时间零点取为FRB的探测时刻。(图片来源:DeLaunay et al. 2016

为了搜索其他波段可能的对应体,DeLaunay等人又调出了雨燕卫星X射线望远镜(XRT)以及紫外/光学望远镜(UVOT)的数据,连带欧南台甚大望远镜X-shooter光谱仪的后续观测。XRT的视场中出现了两个较可信的X射线源,但由于它们都落在BAT以及Parkes望远镜给出的定位误差框之外,故而应该与FRB/伽玛源无关。光学观测表明,X-shooter的光谱观测表明,XRT看到的这两个源都应该是类星体。总而言之,最后的结果是,只找到了疑似与FRB 131104成协的伽玛射线辐射。

FRB 131104所在天区的R波段光学影像,图中蓝色虚线圆圈表示BAT对瞬变伽玛源Swift J0644.5−5111的定位误差框,红色圆圈表示射电与伽玛射线对FRB位置给出的联合限定范围,红色方框表示两个X射线源的位置。(图片来源:DeLaunay et al. 2016

如果这次FRB高能对应体的发现最终得到了时间的检验,这对于快速射电暴理论而言意味着什么?首先,用近域宇宙中的脉冲星巨脉冲来解释FRB的模型可能就不太灵光了,因为巨脉冲这种现象并不会伴以伽玛射线辐射。而年轻磁星的超级耀发模型也会遭遇能量不足的瓶颈,除非假设这些磁星都分布在银河系附近,且星周介质密度较高。Swift J0644.5−5111高能辐射持续时标长且光变平缓的特点还意味着,快速射电暴很可能涉及相对论性激波突破的过程,其能量或许是集束化的,但满足这些要求的灾变性现象无疑又与重复发作的FRB 121102格格不入。

可是就在DeLaunay et al. (2016)发表之后不久,类似年初FRB 150418余辉风波的桥段又一次上演:Shannon & Ravi (2016)指出,在FRB 131104发生数日后开始进行的射电连续谱观测揭示出了一个变源的存在,它更可能是一个活动星系,确切地说是一个窄线射电星系,而非射电暴的余辉;而Swift J0644.5−5111因为空间上的不重合,或许也并非射电暴本身的辐射。所以这样看来,揭秘快速射电暴的过程仍旧是一波三折,这种神秘现象要显露真身还有待时日。

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