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单峰驼?双峰驼?宇宙放大镜下的神秘射电信号

2021-10-21 09:29:27         2  

地球上的物种都是独特的存在,比如骆驼可以简单分为两种:单峰驼和双峰驼。前者适应热漠,后者适应寒漠。这就是为什么在敦煌鸣沙山你骑的都是双峰驼,而在迪拜沙漠里游荡的却都是单峰驼。宇宙天体的信号也都是独特的存在,让天文学家们为之着迷。今天要介绍的是一类宇宙深处神秘“闪光”的“单峰驼”“双峰驼”特质。

单峰驼?双峰驼?宇宙放大镜下的神秘射电信号

快速射电暴(FRB)是持续时间在毫秒量级的射电波段高能瞬变信号。从2007年发现第一个FRB至今,已累计探测到几百个 [1] 。仅加拿大CHIME望远镜最近一次就发布了500多个新的FRB [2] 。“中国天眼”FAST更是从另一个维度创下FRB观测次数的记录:1652次!超越过去10年所有文献记载的FRB数量总和 [3] 。根据最新的观测结果估计,宇宙中FRB的发生率还是很高的,至少每天约800例。

FRB的起源是当今最令人兴奋的天体物理学新谜团之一。科学家们为此提出了多个理论模型解释,比如,大质量中子星坍缩成黑洞、双白矮星并合、中子星和小行星碰撞等等。

单峰驼?双峰驼?宇宙放大镜下的神秘射电信号

据统计全球的单峰驼数量大概是双峰驼的10倍。有趣的是,迄今发现的FRB几乎都是单峰的脉冲轮廓,双峰的FRB为数不多,就好像在茫茫沙漠中一个单峰驼队中,突然冒出了几只双峰驼,我们不禁会想,它们是哪来的呢?

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引力透镜效应是爱因斯坦广义相对论的“神预言”:指背景天体发出的辐射在经过前景恒星、星团、星系、星系团及黑洞等天体附近时会发生偏折,就好像经过了透镜一样,从而可以看到背景天体被放大、缩小、扭曲的像甚至多重像。我们看到的部分宇宙图像其实是它在这个巨型“放大镜”下的“幻像”。

单峰驼?双峰驼?宇宙放大镜下的神秘射电信号

强引力透镜艺术想像图:遥远天体的光线在被引力透镜偏折后可能呈现多个像,而每个像到达观测者的时间不同,又会导致光变曲线的多峰现象。 图源:ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada, Y. Hezaveh et al.

根据前景天体引力场强弱以及在视线方向与背景天体的对齐程度的不同,又分为强引力透镜、弱引力透镜、微引力透镜。遥远的类星体在强引力透镜作用下会形成诸如“孪生类星体”“爱因斯坦十字”和“爱因斯坦环”等。

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紫金山天文台研究团队用数值模拟的方式将这个想法付诸行动 [5] 。他们发现在点质量透镜下,我们是可能看到快速射电暴信号的两个像的,原本的单峰轮廓会变成双峰轮廓。那么从这个双峰轮廓我们又能得到什么有用的宇宙信息呢?

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目前发现的双峰FRB还不多,并且也还没有明确的引力透镜证据,但随着FRB发现数目的大幅增加,希望其中“双峰驼”的数目也相应增加。那时,科学家们就有机会最终证实引力透镜效应是否FRB双峰的成因。果真如此的话,我们甚至有理由期待“四峰驼”FRB的出现,帮助我们解读神秘“闪光”所携带的更多宇宙秘密。


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