科学探索|MIT天文学家在离地球几十亿光年的地方探测到一个奇怪的“心跳” MIT天文学家在离地球几十亿光

【科学探索|MIT天文学家在离地球几十亿光年的地方探测到一个奇怪的“心跳”】麻省理工学院(MIT)和其他地方的天文学家检测到了一个来自遥远星系的奇怪而持续的无线电信号，它似乎以惊人的规律性闪烁着。该信号已被归类为快速射电暴(FRB)--一种未知天体物理学来源的强烈的射电波爆发，通常最多持续几毫秒。

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然而这个新信号相当独特，它持续时间长达3秒，这比一般的FRB长约1000倍。在这个窗口内，研究小组检测到了每0.2秒重复一次的无线电波爆发，具有明显的周期性，类似于一颗跳动的心脏。
该信号被天文学家标记为FRB 20191221A，是目前检测到的持续时间最长的FRB，其具有最清晰的周期模式。
该信号的源头位于距离地球几十亿光年的一个遥远的星系中。虽然天体物理学家怀疑该信号可能来自射电脉冲星或磁星--两者都是中子星的类型--极其密集、快速旋转的巨大恒星的坍缩核心，但该信号的确切来源仍是一个谜。
MIT Kavli天体物理学和空间研究所的博士后Daniele Michilli表示：“宇宙中没有多少东西能发出严格的周期性信号。我们知道在我们自己的星系中的例子是射电脉冲星和磁星，它们旋转并产生类似于灯塔的光束发射。而我们认为这个新的信号可能是一个磁星或脉冲星的类固醇。”
科学家团队希望从这个源头探测到更多的周期性信号然后将其作为天体物理学时钟。比如他们可以使用爆发的频率及它们如何随着源头远离地球而变化来测量宇宙的膨胀速度。
这一发现已于当地时间7月13日发表在《自然》上，作者是CHIME/FRB合作组织的成员--包括MIT的共同作者Calvin Leung、Juan Mena-Parra、Kaitlyn Shin和Kiyoshi Masui以及Michilli（他先是作为麦吉尔大学的研究员，然后作为MIT的博士后领导了这一发现）。
“轰，轰，轰”
自从2007年发现第一个FRB以来，整个宇宙中已经发现了数百个类似的无线电闪光，最近的一次则是由加拿大氢气强度绘图实验(CHIME)发现。CHIME是一个由四个大型抛物面反射器组成的干涉式射电望远镜，位于加拿大不列颠哥伦比亚省的多米尼克天体物理观测站。
CHIME在地球旋转时持续观测天空，另外它还被设计用来接收宇宙最早期阶段的氢气所发出的无线电波。该望远镜对快速射电暴也非常敏感，自从它在2018年开始观测天空以来，CHIME已经检测到数百个从天空不同地方发出的FRB 。
迄今为止观察到的绝大多数FRB都是一次性的--超亮的无线电波爆发，持续几毫秒就会消失。最近，研究人员发现了第一个周期性的FRB，它似乎发出了一个有规律的无线电波模式。这个信号由四天的随机爆发窗口组成，然后每16天重复一次。这个16天的周期表明了一种周期性的活动模式，尽管实际的无线电暴的信号是随机的而不是周期性的。
2019年12月21日，CHIME接收到一个潜在的FRB信号，这立即引起了正在扫描传入数据的Michilli的注意。
“这很不寻常，”他回忆道，“它不仅非常长，持续约三秒钟，而且有非常精确的周期性峰值，每隔几分之一秒就发出一次--轰，轰，轰--就像心跳一样。这是第一次信号本身是周期性的。”
辉煌的爆发
在分析FRB 20191221A的无线电暴的模式时，Michilli和他的同事发现跟我们银河系中的无线电脉冲星和磁星的辐射有相似之处。无线电脉冲星是发射无线电波束的中子星，随着恒星的旋转出现脉冲，而磁星由于其极端的磁场而产生类似的发射。