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【文汇报】中国“慧眼”精准定位,证认“宇宙神秘强闪”之源
多国天文学家联手,人类首次确认快速射电暴的起源天体
2021-02-20|文章来源:许琦敏 |【
 

   

  “慧眼”观测磁星爆发

  “慧眼”自2017年6月15日发射升空以来,已在轨稳定运行超过3年半,并在黑洞、中子星等研究方面取得一系列重要成果。这次,它以独到的载荷优势,成为国际上独立定位FRB 200428的两颗天文卫星之一,还是唯一给出爆发期间X射线能谱详细演化的设备。 

  只有几毫秒,其光亮却令宇宙诸多天体黯然失色,快速射电暴的起源和机制是当今天文学界最大的谜题之一,如今终被解开——磁星是其来源之一,而中国“慧眼”天文卫星为此立下汗马功劳。

  昨天凌晨,国际著名学术期刊《自然-天文学》在线发表了中国 “慧眼”(HXMT)卫星最新观测结果:它发现了首个跟神秘快速射电暴相关联的X射线暴,并确认其来自银河系内的磁星SGR J1935+2154,在国际上首先证认该X射线暴包含的两个X射线脉冲是快速射电暴的高能对应体。

   “慧眼”及时转向,发现神秘闪烁起源

  2007年,快速射电暴(简称FRB)首次被发现。要弄清快速射电暴产生的原因,关键有两点:第一是要找到其对应的天体,第二是看到快速射电暴在其他波段的辐射,限制其物理机制。表面磁场强度超过地球百万亿倍的磁星(一种中子星),在活跃期间会出现剧烈的X射线爆发,被科学家认为是FRB的可能来源之一。

  2020年4月中旬,银河系内磁星SGR J1935+2154进入新的活跃期,开始出现频繁的X射线爆发。格林威治时间4月28日下午2点34分,加拿大CHIME实验和美国STARE2实验同时看到了亮度极高的快速射电暴,将其命名为FRB 200428,其方向与这颗活跃的磁星方向大概一致。

  4月28日一早,北京师范大学天文系讲师林琳向其曾经的导师、“慧眼”卫星首席科学家、中科院高能物理研究所研究员张双南建议:让“慧眼”盯住这颗星。

  几经考虑,张双南果断决定让“慧眼”调整既定观测计划,长时间瞄准SGR J1935+2154。指令通过地面运控系统顺利注入卫星。张双南回想,幸亏这个及时调整,让他们没有与如此重要的一项发现失之交臂——

  在FRB 200428之前约8.6秒,“慧眼”探测到了来自这颗磁星方向的一个极亮的X射线爆发。这个时间差别正好与恒星际物质对射电信号的延迟相当,说明X射线暴和快速射电暴起源于同一次爆发。

  基于独特的准直器设计,“慧眼”对X射线暴进行了高精度定位,从而证明了该X射线暴和快速射电暴都来自这颗磁星,而且该X射线暴的两个X射线脉冲是该快速射电暴的高能对应体,其能谱十分特殊。

  这是人类首次确认快速射电暴的起源天体,也是首个起源于银河系内的快速射电暴。对于理解快速射电暴的物理本质,这是一个重要的里程碑。关于FRB 200428的相关研究成果,被英国《自然》杂志评为2020年十大科学发现之一,也被美国《科学》杂志列入2020年十大科学突破。

    独立定位该FRB全球唯二,“慧眼”居其一

  “慧眼”的这一系列发现,与国际上其他望远镜的观测结果,共同证明了快速射电暴可以起源于磁星爆发,从而破解了快速射电暴的起源之谜,并为理解快速射电暴的辐射机制和磁星的爆发机制提供了至关重要的数据。

  “更值得一提的是,‘慧眼’的数据质量非常高。”张双南介绍,与其他高能天文卫星的观测数据相比,“慧眼”对FRB 200428的观测数据统计性最好、能区覆盖最宽,提供了最为丰富、精细的时变和能谱信息,“这也是‘慧眼’科学价值的最大体现,表现出了它作为空间天文台的强大科学能力。”

  作为我国第一颗空间X射线天文卫星,“慧眼”自2017年发射升空以来,已在轨稳定运行超过3年半,并在黑洞、中子星等研究方面取得一系列重要成果。这次,它以独到的载荷优势,成为国际上独立定位FRB 200428的两颗天文卫星之一,其定位精度远远高于探测到FRB 200428的另外两个射电望远镜的精度。此外,“慧眼”卫星还是唯一给出爆发期间X射线能谱详细演化的设备。

  出乎意料的是,如此精确的数据,却为张双南团队的论文发表带来了一些“甜蜜的烦恼”。论文审稿人在审稿意见中表示“不相信如此高精度的数据”,张双南不得不写下长篇解释,才打消了审稿人的疑虑。

  本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、美国内华达大学、清华大学等单位完成。

  (原载于《文汇报》 2021-02-20 04版)


 
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