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Jul. 08 2019

來自太空深處的奇異電波爆發

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  • 來自太空深處的奇異電波爆發

快速電波爆發是來自宇宙極強爆炸的回音,但這次的新發現卻讓整個謎團更加撲朔迷離。

很久以前,在一個遙遠的星系裡,某個神祕的天體向宇宙發射了一次電波爆發。去年9月,澳洲西部內陸的一個電波望遠鏡陣列捕捉到了這個強勁的脈衝。儘管這個短暫的訊號只持續了幾毫秒,但科學家還是追蹤到了這場電波爆發的源頭:位於天鶴座(Grus)方向、約40億光年遠的星系。

過去十年左右,天文學家已經發現了數百次這種宇宙脈衝,但最近的這次卻是我們首度捕捉到電波爆發,並在隨後確認爆發的來源。基本上,若是能夠確認這類快速電波爆發(fast radio bursts,簡稱FRB)的來源,將有助於科學家更了解這種極強爆發的機制。

「找到電波爆發的確切位置非常重要,」澳洲聯邦科學與工業研究組織(Commonwealth Science and Industrial Research Organization)的凱斯.班尼斯特(Keith Bannister)如此表示,他所發表的這篇研究刊載在6月27日出版的《科學》(Science)期刊,「希望之後幾次電波爆發的定位,能讓我們理解所面對的這種現象是如此多樣,這對理論學家釐清背後的機制非常有幫助。」

然而,截至目前為止,這次的新觀測卻讓謎團更加撲朔迷離。

電波爆發領域的頂尖科學家──荷蘭阿姆斯特丹大學(University of Amsterdam)的埃米莉.佩特羅夫(Emily Petroff)表示:「我不知道我們距離解開快速電波爆發真相的謎團是否更近一步,但是這項研究卻讓我們對它的全貌有了更完整的理解。」

絕佳爆炸

快速電波爆發是在約十年前首度引起天文學家的注意。當時,美國西維吉尼亞大學(West Virginia University)的天文學家鄧肯.羅立莫(Duncan Lorimer)在澳洲帕克斯天文臺(Parkes Observatory)所收集的資料中,發現了一個短暫的無線電波爆發。那時有些天文學家質疑,這個爆發是否真的來自太空之中──因為它十分強烈,而且似乎來自非常遙遠的地方,因此很多天文學家認為這其實只是個很普通的訊號,但我們卻誤以為是來自星系際的奇特現象。

不過,之後又出現了更多次的電波爆發,其中有些還被不同的望遠鏡觀測到。於是,天文學家開始認真地尋找這些遙遠電波爆發的起源。早期有關電波爆發的理論猜測,包括了蒸發的黑洞、宇宙大災難、緻密的死亡恆星──當然,還有外星人!但是,電波爆發轉瞬即逝,想要捕捉並加以研究實在是相當困難。

↑↑↑↑↑101科學教室:神祕黑洞

2016年,天文學家利用波多黎各(Puerto Rico)的阿雷西博天文臺(Arecibo Observatory),發現有個稱為FRB 121102的電波爆發,一直在持續爆發。FRB 121102與其它的電波爆發不同,至今都未曾停歇。2017年,科學家終於確認它來自約30億光年遠的矮星系內一個奇怪的小斑點。

現在關於電波爆發的主流理論之一,認為電波爆發來自年輕且帶有強烈磁場的中子星,也稱為磁星(magnetar)。這類磁星過去曾是大質量恆星,卻活得短暫,死得轟轟烈烈。但是,儘管來自澳洲、俄羅斯、美國、加拿大的眾多望遠鏡已經觀測到了數百次的快速電波爆發,但還是沒有人知道其來源機制。

嶄新希望

正因如此,班尼斯特和他的同事急切地把澳洲平方公里陣列探路者望遠鏡瞄準天空,搜尋這些轉瞬即逝的天文現象。

這個望遠鏡陣列由散布在5平方公里範圍內的36座電波天線組成。天文學家可以利用電波爆發抵達不同天線的短暫時間差,來定位電波爆發的確切位置。2018年9月24日,這個望遠鏡陣列正在執行一套特別用來定位單次電波爆發的軟體時,捕捉到了它的獵物──FRB 180924。

研究團隊利用美國夏威夷和智利的光學望遠鏡進行後續觀測,確認這次電波爆發的來源是位於約36億光年外的星系。更準確地說,這次電波爆發來自一個與銀河系類似的巨大螺旋星系邊緣,不過星系裡多為古老的恆星。

「這個宿主星系其實相當無趣,」班尼斯特表示,「宇宙裡大多數的恆星都位於這類星系中。所以,如果我們發現的是恆星,那的確沒什麼特別。但是,它與FRB 121102的宿主星系截然不同。」

這個星系比FRB 121102源頭的奇怪模糊矮星系還要大了1000倍左右,而且恆星形成的速度慢得多。若果真如此,那表示像磁星這樣剛死亡的恆星不應該位在此星系內。因為會塌縮形成緻密死亡恆星的巨大恆星,通常都會位於恆星形成速度更快的地方。

「這些星系之間的差異這麼大,實在令人困惑。不過,我想這正好是在告訴我們,我們對快速電波爆發的宿主星系還有更多需要學習的地方。」佩特羅夫說,「從某種程度上說來,這次的電波爆發不像FRB 121102是起源於矮星系,這反而讓我鬆了口氣──畢竟,這樣就太簡單了!」

那麼,之後天文學家打算做什麼呢?隨著觀測到更多的電波爆發,追蹤電波爆發的來源,他們希望能夠進一步解開快速電波爆發的曲折謎團。班尼斯特和其他人推測,最後他們可能會發現產生電波爆發的機制不止一種。

「我傾向於認為有多種形成快速電波爆發的機制,」班尼斯特說,「科學家多少都會有種內在的渴望,希望一切都有個單一的解釋……但有時候,大自然的智慧更勝於我們。」

 

延伸閱讀:人類首次拍到黑洞,到底看到了什麼? / NASA登陸器首度偵測到「火星地震」!

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