赫歇尔用他自己设计的望远镜“对这颗恒星做了一系列视差的观察”。他在他的学报上的记录着:“在与金牛座ζ成90°的位置……有一个星云样的恒星或者是一颗彗星。”在3月17日,他注记着:“我找到一颗彗星或星云状的星,并且由他的位置变化发现是一颗彗星。”当他将发现提交给皇家学会时,虽然含蓄的认为比较像行星,但仍然声称是发现了彗星。

#你不知道的科学那些事儿# 【这个宇宙“神秘电波”源头找到了!中外科学家首次确定一个快速射电暴起源于磁星】快速射电暴是宇宙中的一种无线电波瞬间爆发,持续时间通常只有几毫秒,却能释放出相当于太阳一天甚至一年内释放的能量。它们往往“神龙见首不见尾”,出现一次,便再无踪迹。

作为近年来天文学界新晋“网红”,国际科学界对快速射电暴的起源提出了数十种“合理解释”,如强磁场中子星、高度活跃的星系内核、天体之间的相互碰撞,甚至不乏科学家提出它们是外星文明发出的讯号。但直接观测证据一直缺乏。

11月5日,在发表于《自然》的3篇论文中,中外科学家通过多个卫星及地面望远镜的观测认为,银河系内的一颗磁星是今年观测到的一个快速射电暴的起源。这是人类首次确定一个快速射电暴的起源,也是首次在银河系内观测到快速射电暴。

磁星“引擎”获证实

今年4月28日,一个无线电信号快速地划过宇宙,被加拿大氢强度测绘实验(CHIME)望远镜和美国瞬态天文射电发射测量2号(STARE2)望远镜捕捉到。根据发现时间,它被命名为“FRB200428”。

尽管它只闪烁了千分之一秒,科学家还是通过多个频段的测量确定了其来源——银河系内正处于活跃期的一颗磁星SGR 1935+2154。

长期以来,关于快速射电暴的来源,科学家一直有不同的推测。其中,磁星驱动理论受到广泛支持。磁星是高度磁化的年轻中子星(超新星爆炸后的致密星遗迹),表面磁场可超过1014高斯,其衰变据认为能够给射电暴、X射线、γ射线等一系列高能现象提供动力。以此次发现的活跃磁星为例,CHIME团队的Daniele Michille表示,它的磁场强到足以“把一个原子挤压成铅笔状”。

那么,这次发现是否说明快速射电暴全部来源于磁星呢?美国内华达大学拉斯维加斯分校教授张冰在接受《中国科学报》采访时表示,一个极端看法是宇宙中所有的快速射电暴都是由磁星产生的;另一个则是不否定“大自然的创造力”,存在不止一个起源。

据介绍,快速射电暴起源的相关模型有50多个,主流理论多指向大型致密天体,除磁星外,还有中子星碰撞、中子星与黑洞碰撞或黑洞碰撞等产生的“灾变性”快速射电暴,非主流模型则有外星文明讯号等。不过,这些均未得到验证。

“快速射电暴模型的丰富反映了对其实测约束的缺乏,很大原因是过去发现的爆发都在银河系外,距离遥远。”中国科学院国家天文台研究员李菂告诉《中国科学报》。他与张冰及来自北师大、北大等十几家国内外单位的合作者同一天在《自然》发表了中国“天眼”500米口径球面射电望远镜(FAST)对这一磁星的监测结果。“此次河内射电爆发的发现以及包括‘中国天眼’及‘慧眼’卫星在内多个设备对其的深度观测,提供了前所未有的信息。”他说。

珍稀的河内信号

与国外科学家同步,FAST团队一直在用“天眼”密切监视着磁星SGR 1935+2154的动态。“从4月15日到28日,我们分4个时段共计8小时监测它能否产生快速射电暴,或类似事件。”该研究第一作者、北京师范大学天文系讲师林琳在接受《中国科学报》采访时介绍。

有些遗憾的是,FAST的观测窗口错过了FRB 200428。尽管如此,它记录了在磁星高能爆发时段,特别是29个软γ射线爆发时的灵敏监测数据,有助于了解引起快速射电暴的背景。

“磁星的高能爆发有很多,是不是所有的高能爆发都会产生快速射电暴?什么样的物理机制下才会产生?我们的观测正好给出了它产生的背景。”该研究共同通讯作者、北京大学科维理天文与天体物理研究所副教授李柯伽说。

FAST团队的研究表明,大部分磁星会产生高能爆发,如γ射线爆发,并不会产生快速射电暴。原因是什么呢?他们在文中讨论了几种可能性:快速射电暴的射流比高能发射更准直,它们中的大多数都错过了地球;其低频爆发光谱较窄,脱离了FAST波段范围;其超高亮度和温度辐射机制的条件不一定总能得到满足。

这是中外团队首次证明磁星可以在银河系内近距离产生快速射电暴。STARE2团队通讯作者、美国加州理工大学的Christopher Bochenek在接受《中国科学报》采访时解释说,“如果快速射电暴来自磁星,磁星与恒星的形成有关,而银河系没有‘足够可怕’的恒星形成,这种现象就比较少”。

据了解,此次观测到的FRB200428总能量比此前观测到的河外快速射电暴的亮度低三个数量级。专家表示,此次河内的无线电脉冲发现极大地拓展了人们的认知空间,更有利于了解这种信号背后的秘密。

国际协作 中国同步

起步晚,进步快。快速射电暴起源及相关研究已经成为当前天文学界的新“网红”。

2001年7月,一个持续5毫秒的明亮射电暴抵达澳大利亚的Parkes望远镜,2007年,它被西弗吉尼亚大学天文学家Duncan Lorimer确认,成为当时唯一的此类爆发事件。直到2013年发现多个信号后,天文学家才相信它是一种真正的天体物理学事件,并将其命名为快速射电暴。

据介绍,目前发现的快速射电暴已达到1000量级。“大约每半年,人们对快速射电暴的了解就会经历一个巨大的飞跃。”张冰在同期发表于《自然》的特邀综述文章中写道,该领域的繁荣还表现在出版物和引文的稳步增长上,已经超过了伽马射线爆发领域早期的水平。

尽管如此,关于快速射电暴的起源仍有许多悬而未决的关键问题。例如,是否所有快速射电暴都会重复?它们的动力来源是否来自磁星“引擎”之外?磁星是如何产生快速射电暴的?回答这些问题都非易事。

有利的一面是,国际天文学界正在开展日益密切的协同观测,此次发现FRB200428的起源就是一个例证。“这说明当国际科学家团队聚集在一起,以不同的方式研究一个现象时,会让我们更深入地了解它。”Bochenek说,除了FAST、CHIME、STARE2之外,中国的“慧眼”X射线卫星,位于中国、西班牙、新西兰的BOOTES望远镜阵列,以及美国的LCOGT 望远镜等在这一发现中也发挥了重要作用。

在国内,开放的天文学研究设备正在吸引跨研究机构和学科领域的科研人员深入合作。“我们有世界一流的科学装置,比如FAST口径大、灵敏度高,可以看到近处更暗的和宇宙更深处的快速射电暴,这都是别人做不了的。”林琳说。同时,从观测到数据处理再到理论解释,FAST联合观测团队中专家间的高效协作,以及该团队与“慧眼”团队的流畅沟通,也让她印象深刻。

射电暴观测项目作为一个为期5年的FAST优先重大计划今年刚刚启动,将进一步深入观测射电暴事件,探测它们的起源,追溯它们的辐射方式。“这是一个很重要的前沿方向,对宇宙深处快速射电暴的观测,将为人们了解宇宙增添一个新工具。FAST正在作独特的重要贡献。”FAST首席科学家李菂说。

在这一方面,除“天眼”“慧眼”外,目前在建的长波段射电望远镜阵列“天籁”以及引力波探测器“天琴”“阿里”等未来也将加入快速射电暴协同观测阵列,通过多波段协同,了解这种神秘“宇宙电波”的秘密。

相关论文信息:

https://t.cn/A6G5prqe

https://t.cn/A6G5prqF

https://t.cn/A6G5prqs

https://t.cn/A6G5pr5v

《中国科学报》 (2020-11-05 第1版 要闻)https://t.cn/A6Gqe4XE

#微博公开课#

【一颗红矮星正在逼近太阳系,留给人类的时间,最多还有150万年】

当我们在享受岁月静好的时候,地球正载着我们以大约每秒钟30公里的速度围绕着太阳运行,以这样的速度,我们只需要大约22分钟就可以围绕着地球赤道跑上一圈。然而这个速度并不算什么,事实上,太阳也在围绕着银河系中心运行,而且它的速度要快得多,可以达到大约每秒钟240公里。

在银河系里,还有数以千亿计的恒星与太阳一起围绕着银河系中心运行,这不免让人有点担心,在数量如此巨大的恒星之中,会不会存在着一些对我们有威胁的个体?

需要注意的是,这种担心并不是多余的,由于诸多因素的影响(如星际物质、恒星引力相互作用等等),银河系里的恒星并不是完全地同步运行,在这些恒星之间或多或少都会存在着一定的相对速度,随着时间的推移,它们就有可能会异常接近,甚至会直接碰撞。

2013年12月19日,ESA的“盖亚”卫星(Gaia)发射升空,它携带的观测设备拥有之前从未有过的精度和效率,其主要观测目标就是银河系里的那些恒星。在接下来的日子里,“盖亚”卫星一直兢兢业业地工作,为我们提供了大量的恒星数据,其中就包括了太阳周围的大约30万颗恒星的运行轨道。

利用这些数据,科学家就能够计算出在太阳周围是否会存在对我们有威胁的恒星,研究结果显示,人类的未来不太乐观,一颗红矮星正在逼近太阳系,留给人类的时间,最多还有150万年。

这颗被命名为“Gliese 710”的红矮星位于巨蛇座方向,距离我们只有63光年,其直径约为80万公里,质量为太阳质量的53%左右,根据科学家的计算,“Gliese 710”将在150万年内运行到距离太阳大约1光年的位置,这也是奥特星云的外围区域。也就是说,最多还有150万年,这一颗直径为80万公里的红矮星就会抵达奥特星云。

那么这会对太阳系造成什么样的影响呢?
从“Gliese 710”的运行轨道来看,它并不会直接与太阳相撞,不出意外的话,这颗红矮星会与太阳“擦肩而过”。但这并不代表太阳系就没事,我们知道,太阳系质量的99.86%都集中在太阳,也正因为如此,太阳才会拥有足够强大的引力来将太阳系中的各种天体束缚在自己周围。

而“Gliese 710”的质量超过了太阳的一半,其产生的引力显然是不可小觑的,在距离太阳1光年的位置上,虽然它的引力还不足以将太阳系中的行星怎么样,但是却可以轻易地让太阳系中的小天体(如小行星、彗星)严重偏离自己的运行轨道。

最大的威胁就是太阳系外围的奥特星云中的彗星,奥特星云是一个弥散在太阳系外围的球体云团,在这里存在着大量的彗星。可以想象的是,当“Gliese 710”抵达奥特星云的时候,这里的彗星就会在其强大的引力作用下乱成一团,其中的一部分将会冲向内太阳系。具体会怎么样呢?我们不妨来看看远古时的太阳系中发生过的例子。

在距今大约38亿年至41亿年前,内太阳系经历了一次“后重轰炸期”,其原因是木星等巨行星的异动,造成了小行星带和柯伊伯带中的小行星和彗星大规模地闯入内太阳系。在这段时间里月球遭到了它们的猛烈轰击,我们现在看到的月球上的那些密密麻麻的陨石坑,就大多来自于此。

很显然,当时的地球也遭遇了同样的事情,只不过由于地球的地质活动,这些被撞击的痕迹早已在漫长的时间里被抹去了。科学家根据月球陨石坑的具体数据,推测出了当时地球上的大致情形,即:至少有2.2万个直径大于20公里的陨石坑;至少有40个直径为1000公里左右撞击盆地,除此之外,还至少有2个直径为5000公里左右的巨型撞击盆地。

一颗红矮星正在逼近太阳系,留给人类的时间,最多还有150万年
这是什么概念呢?这么说吧,我们都知道在6500万年前,一颗小行星撞击了地球并将恐龙从地球上抹去,但这颗小行星在地球上撞出的“希克苏鲁伯陨石坑”,其直径也只有180公里。我们可以清楚地看到,这次撞击的猛烈程度根本无法与在“后重轰炸期”的地球所遭到的撞击相比。

然而在奥特星云中的彗星数量远远地超过了小行星带和柯伊伯带,在这是光是直径超过1公里的“大个子彗星”,其数量都是1万亿颗左右。我们不难想象,届时的地球所遭到的撞击程度,将会比“后重轰炸期”高出几个数量级,这对于地球上包括人类在内的所有生命而言,无疑都是毁灭性的打击。

好在虽然这颗红矮星正在逼近太阳系,但是它还要花150万年的时间才能跨越63光年的距离,看上去我们人类似乎还有大把的时间来做好准备,相信未来的人类应该能够发展出先进的科技,从而将这个巨大的威胁轻松化解。比如说在地球附近设置某种能量护盾,或者将太阳运行的轨道做一些微调,甚至直接让这颗红矮星“改道而行”。


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