仿佛是一个幽灵

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中澳两国天文学家发现神秘宇宙信号 “它仿佛是一个幽灵”学术经纬
2022年01月30日 07:52:05




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▎药明康德内容团队编辑
在无尽的宇宙中，还有多少我们没有发现的现象？至少，本周《自然》杂志的一篇论文就讲述了这样的故事——这一次，来自澳大利亚和中国的天文学家发现了一个前所未见的宇宙信号。

研究团队利用位于西澳大利亚的默奇森宽场阵列（MWA）观察到的，是一个时而明亮，时而暗淡的信号源：在持续30~60秒的爆发期，剧烈释放的能量让它成为同波段最明亮的射电源之一；随后天体陷入超过17分钟的沉寂，直至再次爆发。 整个爆发周期的时长约为18分钟。 在2018年1月至3月间，这个信号源不时地闪烁——MWA先后71次捕捉到这个信号。但在此之后，它却再也没有出现过。
这项研究的通讯作者，澳大利亚科廷大学国际射电天文学研究中心（ICRAR）的天体物理学家Natasha Hurley-Walker博士说：“这是完全在意料之外的。对天文学家来说它仿佛是一个幽灵，此前从未发现有天体能做到这一点。”相对于宇宙来说，这个天体离我们很近，“只有”大约4000光年，就在银河系的后院。

▲图中的白色标志，代表此次观测到的信号源在银河系中的位置【图片来源：Dr Natasha Hurley-Walker (ICRAR/Curtin)】
这个天体的奇异之处，究竟体现在什么地方？事实上，天体时而明亮、时而暗淡，这种周期性现象本身并不罕见。天文学家将这些天体称作“暂现源”，它们记录的往往是巨大的天体死亡时，或者是天体的遗骸爆发的现场。
根据这个周期的长短，已知的暂现源分为两大类：在高频射电波段，超新星这样的慢速暂现源每次爆发可能会持续数日，随之而来的是长达几个月的漫长消失期；另一类是快速暂现源，例如脉冲星，爆发周期可能只有短暂的几毫秒至几秒。
这次发现的新天体与脉冲星同属低频射电天空，但其18分钟的爆发周期，比已知的最长的脉冲星爆发周期还要长9倍，这样的周期是此前从未观测到的。
这个首次出现的神秘天体究竟是什么？研究团队随后展开了分析。天文观测与数据分析显示，这个异常明亮、比太阳还小的天体释放出高度偏振的射电信号，这说明这个旋转的天体拥有极强的磁场。在已有的理论中，有一种被预言可以存在的天体，符合这个全新天体的特征，这就是 超长周期磁星 。

▲最新天体的艺术概念图（如果它的确是一颗磁星）（图片来源：ICRAR）
“此前有理论预言，存在一种缓慢旋转的中子星。但没有人预料到可以直接观测到这种天体，因为我们没有想到它会如此明亮，” Hurley-Walker博士说，“通过某种方式，它将磁场能量转化为射电波的效率，比此前发现的天体都要高。”此外，研究团队指出，该天体同样有可能是拥有超强磁场的白矮星。它的确切身份，还需要更多后续研究来确认。
对于“外星文明产物”这样的猜想，Hurley-Walker博士同样给出了回应：“我考虑过这种可能性，但它覆盖的频率波段之宽，只可能是自然天体的过程，而不是人为信号。”
这个全新天体的发现，离不开观测设备性能的提升。完成此次观测的MWA观测波段在70兆赫兹至300兆赫兹之间。这个视场（即能观测的范围）宽阔、灵敏度极高的设备是巡视整个宇宙、探索未知现象的有力工具。

▲默奇森宽场阵列（图片来源：Pete Wheeler, ICRAR）
最早注意到这个信号的，是科廷大学的博士生Tyrone O'Doherty。去年年初，当时还是本科生的O'Doherty在整理MWA的观测数据时，发现了这个异常信号。他说：“很高兴能看到，我在去年看到的射电源最终成为如此奇异的天体。”
当然，观测到这个信号只是起点，要揭示它的特征，还需要大量数据处理工作。“这项研究的数据量非常大，生成的图像在一千万张以上。” 本文第二作者，现任中国科学院上海天文台助理研究员的张翔博士介绍道。上海天文台的中国SKA区域中心原型机与澳大利亚的Pawsey超算中心、CSIRO Pearcey超级计算机等共同承担了这项研究的数据处理工作。
这个意料之外的发现对未来的天文学研究有着重要的指导意义。张翔博士点评道：“以往低频射电对恒星的观测往往集中在脉冲星等，射电望远镜主要搜寻出现周期为秒级甚至以下的天体。发现这样的长周期天体后， 天文学家可以重新在历史观测数据中查找类似的天体，并安排新的观测。 ”

而这正是研究团队接下来的目标。“更多的探测将告诉我们，这究竟只是一个罕见的一次性现象，还是大量存在，只是我们此前没有发现过。” Hurley-Walker博士说。
MWA是新一代射电望远镜——平方公里阵列（SKA）低频望远镜——的先导设备，上海天文台作为正式成员单位参加MWA的II期运行，优先获取相关数据及科学资源。在本项研究工作中，上海天文台自主研发的中国SKA区域中心原型机承担了该项目部分MWA数据的存储，参与了宽波段偏振数据的处理，完成了部分偏振图像的分析，并与澳大利亚SKA区域中心的计算设备共同完成了其他数据处理任务。
原标题：神秘宇宙信号登上《自然》，天文学家：这种现象前所未见