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快速射电暴是外星人信号?中国“慧眼”揭秘确认源自磁星

02-19 中国新闻网
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中新网北京2月19日电 (记者 孙自法)来自宇宙深处的、神秘的快速射电暴(Fast Radio Burst,英文简称FRB),10多年前甫一发现就引发全球高度关注和热烈讨论,其中,它究竟是不是外星人向地球发射的信号一直最受公众瞩目。

对此,通过中国首颗空间X射线卫星“慧眼”最新观测研究,科学家破解了一个快速射电暴的起源之谜,确认其来自于磁星。

快速射电暴是外星人信号?中国“慧眼”揭秘确认源自磁星

中科院高能所所长王贻芳院士致辞。 孙自法 摄

破解快速射电暴起源之谜

中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)2月19日在北京举行“‘慧眼’天文卫星(HXMT)证认快速射电暴来自于磁星”新闻发布会说,针对2020年4月发现的编号为FRB 200428的亮度极高的快速射电暴,中国“慧眼”卫星最新观测发现首个跟该神秘快速射电暴相关联的X射线暴,确认其来自银河系内编号SGR J1935+2154的磁星,并在国际上首先证认该X射线暴包含的两个X射线脉冲是快速射电暴的高能对应体。

由中科院高能所、北京师范大学、美国内华达大学、清华大学等单位共同完成的这项重要天文观测研究成果论文,北京时间当天凌晨获国际著名学术期刊《自然·天文学》在线发表。

中国“慧眼”这一重磅观测发现,与国际上其他望远镜的观测一起,不仅证明快速射电暴可以起源于磁星爆发,破解了快速射电暴的起源之谜,也为理解快速射电暴的辐射机制和磁星的爆发机制提供了至关重要的数据。

这也是继几天前“慧眼”卫星观测数据在黑洞X射线双星“MAXI J1820+070”中发现逃离黑洞强引力场向外高速运动的冕(等离子体流)、并且首次在黑洞双星中观测到冕的速度演化之后,“慧眼”卫星又一次重大科研成果“暴发”。

快速射电暴是外星人信号?中国“慧眼”揭秘确认源自磁星

中科院高能所李惕碚院士等上世纪90年代提出“慧眼”项目设想,图为他出席发布会并回答提问。 孙自法 摄

科学家提出快速射电暴各种猜想

快速射电暴是2007年发现的神秘的天文现象,其持续时间只有几毫秒。迄今为止,人类已探测到来自不同天区位置的上百个快速射电暴,而且观测到来自同一方向的重复暴发。

中科院高能所称,快速射电暴在宇宙中发生极为频繁,根据估算每天至少有成千上万次到达地球。然而,在“慧眼”卫星此次最新发现之前,没有探测到快速射电暴在其他波段的辐射,而且具有精确定位的快速射电暴都来自银河系之外的遥远宇宙,这种神秘暴发现象的起源和产生原因也成为当今天文学最大的谜题之一。

为解释快速射电暴现象,科学家们提出了各种猜想,包括两颗致密星并合、致密星塌缩、磁星的爆发、中子星与小行星碰撞等,甚至还有人猜测是外星人发出的信号。近年来,快速射电暴的研究资料越来越丰富,关于其起源之谜的争论也越发激烈。

天体物理学家认为,要弄清快速射电暴产生的原因,关键有两点:第一是要找到其对应的天体,第二是看到快速射电暴在其他波段的辐射,限制其物理机制。

快速射电暴是外星人信号?中国“慧眼”揭秘确认源自磁星

“慧眼”卫星首席科学家张双南研究员介绍最新成果。 孙自法 摄

人类首次确认快速射电暴起源天体

2020年4月28日,加拿大氢强度测绘实验(CHIME)望远镜和美国STARE2实验望远镜同时看到一个亮度极高的快速射电暴FRB 200428,其方向与银河系内的磁星SGR J1935+2154方向大概一致。

根据恒星际介质对不同频率射电信号之间的时间延迟推算,暴发源的距离约3万光年,也跟SGR J1935+2154大致相符。因此,天文学家认为,FRB 200428很可能起源于银河系内的这颗磁星,但还需要确切的观测证据最终确认。

同时,磁星是表面磁场强度为地球磁场强度百万亿倍以上的中子星,在活跃期间会出现剧烈的X射线暴发,很多理论家认为它们也可以产生快速射电暴。

快速射电暴是外星人信号?中国“慧眼”揭秘确认源自磁星

“慧眼”卫星首席科学家张双南研究员介绍最新成果。 孙自法 摄

中科院高能所粒子天体物理中心主任、“慧眼”卫星首席科学家张双南研究员介绍说,2020年4月中旬,磁星SGR J1935+2154进入一个新的活跃期,开始出现频繁的X射线暴发。在这种情况下,“慧眼”卫星调整既定的观测计划,对该磁星进行长时间定点观测。

在FRB 200428暴发之前约8.6秒,“慧眼”卫星探测到来自SGR J1935+2154磁星方向的一个极亮的X射线暴发,它同时也被欧洲的INTEGRAL卫星、俄罗斯的KONUS-WIND探测器和意大利的AGILE卫星监测到。这个时间差别正好与恒星际物质对射电信号的延迟相当,说明X射线暴和快速射电暴起源于同一次爆发。

此外,“慧眼”卫星基于独特的准直器设计,对X射线暴进行高精度定位,从而证明该X射线暴和快速射电暴都来自SGR J1935+2154磁星。“这是人类首次确认快速射电暴的起源天体,也是首个起源于银河系内的快速射电暴。对于理解快速射电暴的物理本质,这是一个重要的里程碑。”张双南说。

快速射电暴是外星人信号?中国“慧眼”揭秘确认源自磁星

最新成果论文共同第一作者、北京师范大学天文系讲师林琳(左)和中科院高能所“慧眼”卫星团队成员尹倩青助理研究员,在“慧眼”卫星科学应用系统指控大厅交流。 孙自法 摄

“慧眼”卫星最新有三大发现

跟其他高能天文卫星的观测数据相比,“慧眼”卫星对FRB 200428的观测数据统计性最好、能区覆盖最宽,提供了最为丰富、精细的时变和能谱信息。

张双南指出,“慧眼”卫星还是国际上独立定位了SGR J1935+2154磁星X射线暴的两颗天文卫星之一,定位精度远远高于探测到FRB 200428的加拿大和美国两个射电望远镜的精度。在这个X射线暴发的光变曲线中,“慧眼”卫星探测到两个X射线脉冲跟快速射电暴的两个峰在时间上高度吻合,该结果后来也被其他卫星的数据所证实。

同时,“慧眼”卫星还是唯一给出暴发期间X射线能谱详细演化的天文观测设备,发现该X射线暴峰值处的X射线能谱和其它时间段暴的能谱显著不同,也与绝大多数的磁星X射线暴明显不同。这些结果对于理解快速射电暴的产生机制至关重要。

他总结表示,“慧眼”卫星最新观测研究成果可归纳为三大证认发现:一是通过“慧眼”发现的X射线暴的双峰结构与快速射电暴的双峰结构的一致性,证认了两者来自同一个爆发;二是“慧眼”对该X射线暴发的定位与欧洲Integral天文台的定位结果一致,证认了该暴发来自于磁星;三是“慧眼”独一无二的宽能段能谱揭示了该暴发的“非热”属性,证认了其特殊性。

因此,“慧眼”卫星证认了快速射电暴的磁星起源,这项重大天文发现对于理解快速射电暴的产生和辐射机制具有关键作用。此次对SGR J1935+2154磁星和FRB 200428快速射电暴的观测,也体现出“慧眼”卫星作为空间天文台的强大科学能力。

针对中新网记者追问“慧眼”最新观测成果是否“完全排除了快速射电暴是外星人发出信号的可能性”,张双南认为,从科学严谨角度看,是不能完全排除宇宙空间任何存在的可能性,但此次破解快速射电暴起源之谜,将大幅降低寻找外星生命与快速射电暴的关联,以及学界探讨两者关系的概率与必要。

快速射电暴是外星人信号?中国“慧眼”揭秘确认源自磁星

“慧眼”卫星地面应用系统副总师宋黎明研究员介绍卫星在轨科学运行情况。 孙自法 摄

“慧眼”状态良好预期可运行8-10年

“慧眼”卫星是中国第一颗空间X射线天文卫星,由中科院高能所1993年提出并负责卫星有效载荷、地面应用系统和科学研究工作。自2017年6月发射升空以来,慧眼卫星已在轨稳定运行超过3年半,并在黑洞、中子星等研究方面取得一系列重要成果。

张双南说,“慧眼”卫星设计寿命4年,目前状态良好,预期可运行约8-10年。

中科院高能所粒子天体物理中心研究员、“慧眼”卫星地面应用系统副总师宋黎明补充说,“慧眼”卫星迄今已在轨运行3年8个月,状态良好,具体表现为三个方面:

一是卫星星务功能正常,可以为载荷提供良好的工作环境;二是卫星姿态控制正常,各类观测计划可以有效执行;三是星上有主备份的硬件设备均处于主份状态,备份尚未启用。

目前,“慧眼”卫星轨道高度约为547千米,预计可支持8至10年的在轨运行。

中科院高能所所长王贻芳院士指出,“慧眼”卫星项目在提出20多年后发射和在轨运行,并能取得重大科学成果,“这一方面说明了原始科学思想的价值,同时也说明坚持不懈在科学研究中的重要性”。

中科院高能所将继续支持“慧眼”卫星的科学研究工作,持续加强在“慧眼”卫星科学研究方面的中外合作,努力提高“慧眼”卫星的科学产出。

他表示,“慧眼”卫星是一个开放的空间天文台,目前在轨运行状态非常好,中科院高能所希望中外天文学家充分使用慧眼卫星开展更多更好的科学研究,也将为中外用户提供全面的支持。

快速射电暴是外星人信号?中国“慧眼”揭秘确认源自磁星

“慧眼”卫星首席科学家张双南研究员介绍最新成果。 孙自法 摄

“慧眼”增强版已进入方案设计阶段

中科院高能所透露,在“慧眼”卫星稳定运行的同时,该所牵头研制的增强型X射线时变与偏振空间天文台(eXTP)在经过十多年的预研之后,已经进入方案设计阶段。

有“慧眼”增强版之誉的eXTP是中国领导的大型国际合作空间X射线天文卫星项目,在中子星、黑洞等天体的研究方面,其综合性能相比于国际同类卫星有一个数量级以上的提升,将把中国的空间高能天文研究进一步带入国际领先水平。

张双南表示,银河系外的快速射电暴因为距离更远,其高能对应体将非常微弱,eXTP将是未来探测它们的理想设备。

作为“慧眼”卫星项目的继任者,eXTP的科学目标为1奇2星3极端,1奇即黑洞奇点,2星包括中子星和夸克星,3极端包括极端引力、极端磁场和极端密度。eXTP将成为中国领导的旗舰级空间X射线天文台,为探索极端宇宙做出重大贡献。

王贻芳强调,粒子天体物理是中科院高能所主要学科方向之一,该所会继续大力支持后续X射线天文和粒子天体物理项目,包括eXTP项目和中国空间站高能宇宙辐射探测实验(HERD)等。(完)

(责任编辑:和讯网站)
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