死亡星系发出超强电波 挑战现有天文学认知

【新唐人北京时间2025年02月05日讯】天文学家此前认为快速电波爆FRB),都是由年轻且质量庞大的恒星爆炸后发出的能量,但美国天文学家从一颗古老、死亡的椭圆星系的边缘发现了快速电波爆(FRB)。这让天文学家反思过去对宇宙的认识是否真的正确。

去年2月,美国西北大学和麦吉尔大学(McGill University)的天文学家在利用加拿大氢强度(CHIME)测绘宇宙时,发现了“新的快速电波爆”(fast radio burst, FRB),并将该脉冲命名为FRB 20240209A

这一发现让他们大吃一惊,因为新的FRB脉冲并非来自年轻星系,而是起源于一个已经死亡的椭圆星系的边缘,这很可能打破FRB来自活跃恒星形成区域的假说,还可能暗示宇宙的起源远比人类想像的要复杂许多。目前该项研究发现已于今年1月21日发表在《天文物理学杂志快报》(The Astrophysical Journal Letters)上。

这两所大学的研究团队从去年2月初首次发现新的FRB爆发,到去年7月,发现同一个源头产生了另外21个FRB脉冲(冲击波)。

在这21个FRB脉冲当中,其中有6个被位于CHIME实验室主站60公里外的附属望远镜探测到。这个附属望远镜是帮助天文学家对FRB讯号进行精确定位的。等到团队确定FRB讯号较为准确位置后,他们再使用美国夏威夷的WM凯克(W. M. Keck)天文台和双子座(Gemini)天文台望远镜,对其进行周围环境的探索。

令人意外的是,这个FRB讯号并非来自年轻星系,而是起源于一个有113亿年历史且已经死亡的椭圆星系边缘,该星系距离地球约20亿光年。

过去天文学家普遍认为超新星(CCSNe)核心坍缩,变成一颗直径只有20公里的磁星(一种具有极强磁场的中子星),其核心质量大约是太阳的2倍左右。磁星再衰变过程会产生高能量电磁辐射,这些电磁波冲击波就是快速电波爆(FRB)。该种冲击波基本上会在几毫秒内爆发并消失,其在一次快速爆发中产生的能量,远比太阳全年释放的能量还要高。

主要研究者、美国太空总署哈伯爱因斯坦研究员、西北大学射电天文学家塔拉内·埃夫特卡里(Tarraneh Eftekhari)博士对该校的新闻室表示,现在流行的理论认为FRB来自于恒星爆炸变成超新星,最终形成的磁星所产生的一种波动。但现在发现的情况似乎并非如此。“因为年轻且大质量的恒星,以核心坍缩爆炸的形式结束生命再变成超新星,但我们没有在这个星系中看到任何年轻恒星的证据。感谢这一新发现表明了并非所有FRB都来自年轻恒星。”

另一位资深作者、西北大学温伯格文理学院物理学和天文学方文辉(音译,Wen-fai Fong)副教授则表示,“这个新的FRB向我们表明,正当你以为自己了解了一个天体物理现象时,宇宙就会发生逆转让我们大吃一惊。”

为了更了解这个不寻常的宿主星系,研究团队使用高性能电脑进行模拟。他们发现该星系极为明亮,且质量是太阳质量的1,000亿倍。他们表示,这几乎是他们迄今为止观测到的最大的FRB宿主星系,它几乎是质量最大的星系之一。

根据以往的发现,大多数FRB起源于其星系内。但奇怪的是,研究团队发现FRB 20240209A脉冲,竟然距离该星系中心13万光年,且中心区域几乎没有其它恒星的存在。

领导这项快速射电爆起源研究的麦吉尔大学研究生维什旺吉·沙阿(Vishwangi Shah)对此表示,“这个新的发现令我们感到兴奋,因为FRB通常起源于星系内部,且都在恒星形成区域,但奇怪的是这个FRB却离其宿主星系如此之远。这就引出了一个新的问题,就是在没有新辐射的区域,怎么会有如此高能量的事件发生?答案很可能是,恒星正在形成。”

迄今为止,在已确定的近100个FRB中,大多数可能源自磁星产生的冲击波。不过天文物理学家推测,FRB 20240209A的起源可能与一个国际天文学家团队于2022年在梅西耶81(M81)边缘的一个紧密恒星群发现的FRB相似。M81是一个宏伟的螺旋星系,距离地球约1,200万光年。

方文辉副教授解释说,“因为它们都是在距离其母星系很远(远离任何恒星诞生的地方)发出讯号,且它们的母星系都相当古老。这种古老让我们重新思考我们的标准FRB模型。”

该校研究生沙阿则表示,“虽然目前不知道这个FRB讯号位置是否存在球状星团,但球状星团的起源最有可能解释为什么这个FRB位于宿主星系的外面。目前已经把数据给了NASA,让他们对FRB位置进行后续观测和确认结果。”

这些研究成果已经得到了NASA、美国太空望远镜科学研究所(STScI)、美国国家科学基金会(NSF)、加拿大高级研究院(CIFAR)、加拿大自然科学与工程委员会(NSERC)等政府机构和私人公司支持与资助。

(转自大纪元/责任编辑:叶萍)

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