周邊磁場(chǎng)存在極端反轉(zhuǎn)——世界首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴環(huán)境特征揭秘
從銀河系外而來,帶著諸多宇宙奧秘,快速射電暴(FRB)穿越茫茫星海,多次造訪地球。人類對(duì)其起源卻知之甚少。
5月12日,國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》刊登了中外聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在快速射電暴領(lǐng)域的重磅發(fā)現(xiàn)。研究團(tuán)隊(duì)以中國(guó)天眼發(fā)現(xiàn)的世界首例持續(xù)活躍的快速射電暴FRB 20190520B為觀察對(duì)象,首次發(fā)現(xiàn)快速射電暴周邊磁場(chǎng)存在極端反轉(zhuǎn)。
“通過環(huán)境特征的吻合程度推測(cè),這意味著FRB 20190520B可能處在雙星系統(tǒng)中,而雙星的伴星可能是黑洞或者大質(zhì)量恒星。” 論文共同第一作者、之江實(shí)驗(yàn)室研究專家馮毅表示,這一發(fā)現(xiàn)是快速射電暴起源研究向前推進(jìn)的重要一步。
(資料圖片僅供參考)
根據(jù)觀測(cè)現(xiàn)象反推環(huán)境特征
快速射電暴是一種無線電波爆發(fā)現(xiàn)象,持續(xù)時(shí)間通常僅有幾毫秒,卻能釋放出相當(dāng)于太陽(yáng)一整天內(nèi)釋放的能量。科學(xué)家發(fā)現(xiàn),一些快速射電暴會(huì)重復(fù)爆發(fā)。
近年來,全球范圍內(nèi)大量射電望遠(yuǎn)鏡拔地而起,更新著人類對(duì)快速射電暴的觀測(cè)和認(rèn)知。此次成果的研究對(duì)象FRB 20190520B自2019年5月20日現(xiàn)身以來,多國(guó)科學(xué)家每次監(jiān)測(cè)時(shí)都有一個(gè)或多個(gè)望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到其爆發(fā),持續(xù)可靠。
去年3月,馮毅參與的研究團(tuán)隊(duì)曾在《科學(xué)》雜志刊登研究論文,首次提出能夠解釋重復(fù)快速射電暴偏振頻率演化的統(tǒng)一機(jī)制,指出重復(fù)快速射電暴處在類似超新星遺跡的復(fù)雜環(huán)境中。
“快速射電暴的偏振性質(zhì)包含快速射電暴本身的特性以及其形成環(huán)境等豐富信息。”馮毅介紹,由于快速射電暴絕大多數(shù)都在銀河系外,和人類相距幾十億光年,很難直接觀測(cè)到它們的起源,通過鑒別其周邊環(huán)境特征推測(cè)起源是重要的手段。
利用位于澳大利亞的帕克斯望遠(yuǎn)鏡和位于美國(guó)的綠岸望遠(yuǎn)鏡,研究團(tuán)隊(duì)此次對(duì)FRB 20190520B進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)17個(gè)月的監(jiān)測(cè),再根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其偏振性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量分析。
“快速射電暴在到達(dá)地球之前,通過宇宙中的等離子體,受磁場(chǎng)影響發(fā)生法拉第旋轉(zhuǎn),振動(dòng)方向隨之變化,抵達(dá)地球時(shí)的振動(dòng)方向和剛發(fā)出時(shí)不一樣。” 馮毅解釋道,電磁波穿過磁化等離子體會(huì)發(fā)生振動(dòng)方向改變,這被稱為法拉第旋轉(zhuǎn)。可以通過分析法拉第旋轉(zhuǎn)量來反推快速射電暴所經(jīng)過的宇宙磁場(chǎng)環(huán)境。
此次重磅成果涉及了橫跨地球三大洲的國(guó)際大型設(shè)備的觀測(cè):李菂國(guó)際團(tuán)隊(duì)利用位于澳大利亞的帕克斯望遠(yuǎn)鏡和位于美國(guó)的綠岸望遠(yuǎn)鏡對(duì)“中國(guó)天眼”FAST發(fā)現(xiàn)的世界首例持續(xù)活躍快速射電暴FRB 20190520B進(jìn)行了長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè),對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析首次揭示了其周邊磁場(chǎng)的極端反轉(zhuǎn),表明FRB 20190520B可能處在雙星系統(tǒng)中,雙星的伴星可能是黑洞或者大質(zhì)量恒星。(李菂/ScienceApe/中國(guó)科學(xué)院供圖)
AI算法快速提取有效數(shù)據(jù)
監(jiān)測(cè)時(shí)間跨度達(dá)17個(gè)月,必然搜集到大量數(shù)據(jù),如何快速提煉出有用信息?
馮毅介紹,此次研究的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)容量大概是幾十TB,但真正包含信號(hào)的數(shù)據(jù)僅有幾百兆。之江實(shí)驗(yàn)室智能計(jì)算天文平臺(tái)提供了重要幫助,通過AI算法,幾天就完成信號(hào)提煉,大幅減少了研究團(tuán)隊(duì)的工作量。
論文共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員、之江實(shí)驗(yàn)室計(jì)算天文首席科學(xué)家李菂介紹,通過綜合分析發(fā)現(xiàn),F(xiàn)RB 20190520B的法拉第旋轉(zhuǎn)量經(jīng)歷了兩次正負(fù)值劇烈轉(zhuǎn)變的過程。
“法拉第旋轉(zhuǎn)量的數(shù)值反映了電子密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度,電子密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度越大,振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)的角度越大,對(duì)應(yīng)的法拉第旋轉(zhuǎn)量越大。”馮毅指出,通俗地講,此次研究將FRB 20190520B法拉第旋轉(zhuǎn)量隨著時(shí)間的演化規(guī)律初步測(cè)算出來,由此能推測(cè)出其起源環(huán)境特征和雙星系統(tǒng)的比較相像。
他表示,下一步,之江實(shí)驗(yàn)室天文計(jì)算團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)對(duì)這一快速射電暴進(jìn)行監(jiān)測(cè),以期發(fā)現(xiàn)其法拉第旋轉(zhuǎn)的周期性變化,有望進(jìn)一步確定其起源和環(huán)境特征。
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