护目镜卫星证明快速无线电脉冲来自磁性恒星

2021年2月21日10:28:30科学探索77阅读模式

来源:中国科学院之声

2月19日,国际著名期刊《自然天文学》在网上公布了HXMT卫星的最新观测结果:HXMT卫星发现了与神秘的快速射电爆发有关的第一个X射线爆发,确认它来自银河系中的磁星SGR J1935 2154,并首次认识到X射线爆发中包含的两个X射线脉冲是国际上快速射电爆发的高能对应物。这一发现,加上世界上其他望远镜的观测,证明了快射电爆发可以起源于磁层爆发,解开了快射电爆发起源的谜团,为理解快射电爆发和磁层爆发的辐射机制提供了至关重要的数据。这项研究工作主要由中国科学院高能物理研究所、北京师范大学、内华达大学、清华大学等单位完成。

快速射电爆发(FRB)是2007年发现的一种神秘的天文现象,持续时间只有几毫秒。它的起源和产生机制是当今天文学中最大的困惑之一。找出快射电爆发的原因有两个关键点:一是找到它们对应的天体;第二,观察其他波段的快速射电爆发的辐射并限制其物理机制。

2020年4月28日格林威治时间下午2点34分,加拿大的编钟实验和美国的STARE2实验看到了一个亮度极高的快速无线电风暴,命名为FRB 200428。它的方向与银河系中磁性恒星SGR J1935 2154的方向大致相同。根据星际介质中不同频率的无线电信号之间的时间延迟,爆发源的距离约为3万光年,与SGR J1935 2154大致一致。因此,FRB 200428很可能起源于银河系中的这颗磁星,但需要更多的观测证据来证实。

磁星是表面磁场强度超过地球磁场1000亿倍的中子星。活跃期会发生强烈的X射线爆发,所以很多理论家认为它们也能产生快速的射电爆发。2020年4月中旬,SGR J1935 2154进入新的活跃期,开始出现频繁的X射线爆发。在这种情况下,贵研卫星调整了既定的观测计划,对这颗磁星进行了长期定点观测。大约在FRB 200428之前8.6秒,欧洲的INTEGRAL、俄罗斯的KONUS-WIND和意大利的AGILE卫星探测到了一个来自这颗磁星方向的非常明亮的X射线爆发。这个时间差等于星际物质对无线电信号的延迟,说明X射线爆发和快速无线电爆发起源于同一个爆发。另外,基于独特的准直器设计,Goggles卫星对X射线爆发进行了高精度定位,证明了X射线爆发和快速射电爆发都来自这颗磁星。这是人类第一次确认快射电爆发的起源,也是第一次起源于银河系的快射电爆发。这是理解快速无线电脉冲物理本质的一个重要里程碑。FRB200428的相关研究成果被英国杂志《自然》评为2020年十大科学发现之一,也被美国杂志《科学》列为2020年十大科学突破。

与其他高能天文卫星的观测数据相比,贵研卫星的FRB 200428的观测数据统计性最好,能量覆盖面最广,提供的时变和能谱信息最丰富和详细。Goggles卫星也是世界上独立定位X射线风暴的两颗天文卫星之一,定位精度远高于探测到FRB 200428的两颗射电望远镜。在这个X射线爆发的光曲线中,贵研卫星探测到的两个X射线脉冲在时间上与快射电爆发的两个峰值高度重合,这一点后来被其他卫星的数据所证实。护目镜卫星也是唯一一个给出爆发期间x光能谱详细演变的设备。发现这次X射线爆发峰值处的X射线能谱与其他爆发有显著差异,也与大多数地磁X射线爆发有显著差异。这些结果对于理解快速无线电脉冲的机制非常重要,

综上所述,Goggles卫星发现:1)X射线爆发来自磁星SGR j 1935 2154;2)X射线爆发的两个X射线脉冲是快射电爆发的高能对应物;3)这个X射线爆发的能谱很特殊。因此,贵延卫星已经确定了快速射电爆发磁层的来源,这一重要发现对理解快速射电爆发的产生和辐射机制起着关键作用。对磁星和快速无线电风暴的观测也显示了贵研卫星作为空间天文台的强大科学能力。

Goggles卫星是我国第一颗空间X射线天文卫星,由高能研究所的李体北和吴梅于1993年提出。Goggles卫星的研制得到了国防科技工业局民用航天研究基金和中国科学院空间科学试验项目的资助。作为首席科学家单位,高能研究所负责卫星有效载荷、地面应用系统和科学研究。航天科技公司第五研究院是整体卫星单位。清华大学、中科院国家空间科学中心、北京师范大学等单位也参与了Goggles卫星项目。护目镜卫星探测器的校准由中国计量科学研究院、意大利费拉拉大学和德国马克斯普朗克地外物理研究所进行。贵研卫星自2017年6月15日发射以来,已在轨运行三年半多,在黑洞和中子星研究方面取得了一系列重要成果。

资料来源:中国科学院高能物理研究所

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