今日觀點!MIT天文學家在離地球幾十億光年的地方探測到一個奇怪的“心跳”

然而這個新信號相當獨特，它持續時間長達3秒，這比一般的FRB長約1000倍。在這個窗口內，研究小組檢測到了每0.2秒重復一次的無線電波爆發，具有明顯的周期性，類似于一顆跳動的心臟。

該信號被天文學家標記為FRB 20191221A，是目前檢測到的持續時間最長的FRB，其具有最清晰的周期模式。

(相關資料圖)

該信號的源頭位于距離地球幾十億光年的一個遙遠的星系中。雖然天體物理學家懷疑該信號可能來自射電脈沖星或磁星--兩者都是中子星的類型--極其密集、快速旋轉的巨大恒星的坍縮核心，但該信號的確切來源仍是一個謎。

MIT Kavli天體物理學和空間研究所的博士后Daniele Michilli表示：“宇宙中沒有多少東西能發出嚴格的周期性信號。我們知道在我們自己的星系中的例子是射電脈沖星和磁星，它們旋轉并產生類似于燈塔的光束發射。而我們認為這個新的信號可能是一個磁星或脈沖星的類固醇。”

科學家團隊希望從這個源頭探測到更多的周期性信號然后將其作為天體物理學時鐘。比如他們可以使用爆發的頻率及它們如何隨著源頭遠離地球而變化來測量宇宙的膨脹速度。

這一發現已于當地時間7月13日發表在《自然》上，作者是CHIME/FRB合作組織的成員--包括MIT的共同作者Calvin Leung、Juan Mena-Parra、Kaitlyn Shin和Kiyoshi Masui以及Michilli（他先是作為麥吉爾大學的研究員，然后作為MIT的博士后領導了這一發現）。

“轟，轟，轟”

自從2007年發現第一個FRB以來，整個宇宙中已經發現了數百個類似的無線電閃光，最近的一次則是由加拿大氫氣強度繪圖實驗(CHIME)發現。CHIME是一個由四個大型拋物面反射器組成的干涉式射電望遠鏡，位于加拿大不列顛哥倫比亞省的多米尼克天體物理觀測站。

CHIME在地球旋轉時持續觀測天空，另外它還被設計用來接收宇宙最早期階段的氫氣所發出的無線電波。該望遠鏡對快速射電暴也非常敏感，自從它在2018年開始觀測天空以來，CHIME已經檢測到數百個從天空不同地方發出的FRB。

迄今為止觀察到的絕大多數FRB都是一次性的--超亮的無線電波爆發，持續幾毫秒就會消失。最近，研究人員發現了第一個周期性的FRB，它似乎發出了一個有規律的無線電波模式。這個信號由四天的隨機爆發窗口組成，然后每16天重復一次。這個16天的周期表明了一種周期性的活動模式，盡管實際的無線電暴的信號是隨機的而不是周期性的。

2019年12月21日，CHIME接收到一個潛在的FRB信號，這立即引起了正在掃描傳入數據的Michilli的注意。

“這很不尋常，”他回憶道，“它不僅非常長，持續約三秒鐘，而且有非常精確的周期性峰值，每隔幾分之一秒就發出一次--轟，轟，轟--就像心跳一樣。這是第一次信號本身是周期性的。”

輝煌的爆發

在分析FRB 20191221A的無線電暴的模式時，Michilli和他的同事發現跟我們銀河系中的無線電脈沖星和磁星的輻射有相似之處。無線電脈沖星是發射無線電波束的中子星，隨著恒星的旋轉出現脈沖，而磁星由于其極端的磁場而產生類似的發射。

這個新信號跟我們自己銀河系脈沖星和磁星的無線電發射之間的主要區別是，FRB 20191221A的亮度似乎是它的100多萬倍。Michilli指出，這些發光的閃光可能來自于一個遙遠的射電脈沖星或磁星，它通常在旋轉時亮度較低，但由于某種未知的原因，在CHIME幸運地捕捉到的一個罕見的三秒鐘窗口中射出了一連串明亮的爆發。

“CHIME現在已經探測到許多具有不同性質的FRB。我們已經看到一些生活在非常湍流的云層中，而其他的看起來像是在干凈的環境中。從這個新信號的特性來看，我們可以說，在這個源頭周圍，有一團等離子體，一定是非常紊亂的，”Michilli說道。

天文學家希望從周期性的FRB 20191221A中捕捉到更多的爆發，這將可以幫助完善他們對其來源以及一般中子星的理解。

Michilli說道：“這次探測提出了這樣一個問題：什么會導致這種我們以前從未見過的極端信號以及我們如何利用這種信號來研究宇宙。未來的望遠鏡有望每月發現數以千計的FRB，到那時我們可能會發現更多這樣的周期性信號。”