中国“天眼”发现古怪天体：可能是某种我们目前还想象不到的东西

趣科普

06/13 20:50科学领域达人  来自北京

人们无法想像这样一个既能够在瞬间产生极端强大的射电波，同时周边环境又极端复杂的天体会是什么。

一颗拥有超强磁场的中子星，也就是所谓“磁星”的想象图。“磁星”是快速射电暴发生源的首要候选天体之一。Bill Saxton / NRAO / AUI / NSF

快速射电暴近些年有些火。这种来自遥远宇宙的无线电脉冲包含巨大的能量，除了少数之外，它们常常没有任何征兆地突然出现，然后消失无踪。

天体物理学家想要搞清楚这些神秘的脉冲从何而来，因何而生。假如信号只出现一次显然满足不了要求，因此人们对能够反复出现的快速射电暴更感兴趣。

能够反复出现的快速射电暴不多。但其中有两个比较特别，一个叫FRB 121102；另一个就是中国“天眼”发现的FRB 190520。

FRB 190520是研究人员2019年11月从“天眼”收集的数据中发现的。“天眼”收集到的数据表明，该射电暴的首个脉冲于当年5月20日到达地球。

次年，甚大望远镜阵列（VLA）确定了FRB 190520发生源可能的位置；随后昴星团望远镜通过可见光观测，发现这个发生源位于一个距地球约30亿光年的矮星系边缘。VLA的后续观测还发现，FRB 190520不但能够反复产生强烈的射电脉冲，还能够持续释放较弱的射电波。

在FRB 190520身上，人们还发现了另外一个奇怪的现象。

天体物理学家通常会利用快速射电暴来研究星际介质。这是因为快速射电暴产生的射电波在到达地球的过程中，会穿越星际空间。当射电波遭遇那些包含自由电子的物质时，高频射电波的穿越速度会比低频射电波快。这种现象叫色散。

通过分析射电波的色散度，天体物理学家可以知道射电暴与地球之间星际介质的电子密度；而假如电子密度已知或可作假定，天体物理学家还可以估算出射电暴与地球的距离。以往人们常用这种方法来估算某颗脉冲星有多远。

但这一次，当人们试图用这种方式估算FRB 190520和地球的距离时，却发现了问题。基于色散度，研究人员发现FRB 190520与地球的距离大约是80至95亿光年；而当人们基于宇宙膨胀原理，用多普勒红移法测算FRB 190520宿主星系与地球的距离时，却发现只有30亿光年。

根据目前的认识，人们认为快速射电暴在宇宙中可能有不同的产生机制；或我们观察到的不同特性的快速射电暴，是同一种现象在不同演化阶段的不同表现。而对于快速射电暴的发生源是什么，目前占主流的看法是它与超新星爆发的遗骸——中子星或拥有超强磁场的中子星——也称磁星有关。

但FRB 190520的色散度如此之高，却是前所未见的。这或许表明在距离FRB 190520发生源很近的地方，环境非常复杂，且聚集有大量物质。这些物质能够导致FRB 190520的色散度看上去很高，并且有可能也是它能持续产生低能射电波的原因。

然而到目前为止人们还无法想像这样一个既能够在瞬间产生极端强大的射电波，同时周边环境又极端复杂的天体会是什么。

研究人员认为，按照流行的理论，FRB 190520的发生源可能是一颗中子星。假如FRB 190520是一颗中子星，那么它可能刚刚诞生不久。它的周边还残留着大量超新星抛出物。随着这些物质渐渐散去，FRB 190520的色散度可能会逐渐降低，逐渐变得“平常”。射电暴的重复率可能也会降低。

但是什么原因让这样一颗中子星产生如此巨大的能量？它是一颗磁星吗？又是什么样的超新星爆发会形成这样一颗既极端又古怪的中子星？

在天体物理学中，很多东西都还停留在假设的阶段，因为我们很难对这些假设进行验证，除非反复观测到实例。而现在，像FRB 190520这样的实例还不够多。在这个古怪射电源的背后，或许真的可能存在某种人们目前还想象不到的东西。