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它們是外星人發出的信息?還是宇宙文明毀滅的閃光?中國科學家這樣說

神秘快速射電暴的本質究竟是什麼?

The Avengers

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Alan Silvestri 

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藝術家筆下描繪的宇宙蛛網結構。此圖展現了快速射電暴與射電源之間的關係。M. Weiss / CfA

新研究結果表明,快速射電暴可能是奇異星外殼坍縮產生的高能暴發。NASA / 戈達德空間飛行中心

自2007年美國西弗吉尼亞大學的Duncan Lorimer發現首例快速射電暴以來,這種神秘的射電波一直都在讓全球各地的天文學家、天文愛好者著迷。它們十分短促,平均持續時間不過幾毫秒。它們也十分強大,雖然來自極其遙遠的宇宙深處,卻依然能被我們的設備感知到。

自2007年以來,我們總共發現了20幾例此類事件。但至今仍然對它們的本質一無所知。有人認為它們們源自恆星的爆發,有人認為它們源自黑洞,還有人認為它們來自脈衝星和磁星。而最近一些來自中國的天文學家認為,它們可能與某種特殊的中子星——他們稱之為奇異星的外殼形成過程有關。根據這些天文學家提供的模型,奇異星的外殼坍縮,能夠釋放出這種即便相距遙遠,也依然清晰可見的高能脈衝。

這些天文學家來自中國南京大學天文與空間科學學院,以及南京大學現代天文與天體物理重點實驗室。他們在《天體物理學期刊》上發表的論文題為《源自奇異星外殼坍縮的快速射電暴(Fast Radio Bursts from the collapse of Strange Star Crusts)》。

論文認為,此前所有針對快速射電暴的解釋,都無法就這些奇特現象的出處自圓其說。人們至今未能在其它波段上發現可以和這些現象相匹配的證據。在探討它們的本源時,結論也往往和後來發現的能夠反覆出現的快速射電暴相矛盾。原因在於此前的研究者們習慣於將它們定義為災難性事件,而災難性天體事件幾乎都是一次性的。

人們通常把快速射電暴和磁星耀斑、被磁化的超大質量中子星坍縮、雙中子星合併、雙白矮星合併、中子星碰撞、白矮星碰撞和原初黑洞蒸發聯繫起來。也有許多模型顯示,快速射電暴可能是高磁化脈衝星穿越小行星帶、中子星和白矮星交換物質和脈衝星星震的結果。

而這些中國天文學家通過一個新的模型,認為快速射電暴是從某種特定類型中子星(奇異星)表面物質的累積和坍縮過程中釋放出來的。

他們認為,存在一種由幾乎等量的上夸克、下夸克和奇異夸克組成的緻密物質,稱為奇異夸克物質。在這種物質中,每個強子的平均能量值,要比普通核物質低。因此它們實際是一種處於真實基態的強子物質。如果這種假說成立,那麼某種類型的中子星實際上就可稱為「奇異星」。

根據這個模型,奇異星經年累月,會有大量的強子物質(普通物質)在其表面累積。而隨著奇異星表面的物質越來越多,它們的外殼也會變得越來越厚,最終導致外殼坍縮,留下一顆熾熱且裸露的奇異星,成為電子和正子對的強大輻射源。

產生的電子正子對會隨著強大的磁能,在極短的時間內釋放出來。而在坍縮過程中,一部分磁能會被傳遞到奇異星的兩極。兩極是磁場能的產生之處,因此這將導致電子和正子對被加速到超相對論速度,並沿著磁力線擴展,形成一個殼。

而在星體周圍一定的距離範圍內,會產生射電波輻射,這些輻射被我們看到,就成了快速射電暴。

這些天文學家也對能反覆出現的快速射電暴進行了探討。認為要麼奇異星的外殼可能會隨著時間的推移而被重構,進而使快速射電暴的反覆出現成為可能。或許也有可能是這些奇異星的坍縮能夠只發生在部分外殼身上,從而造成事件的連續出現。

也就是說,坍縮發生時,可能只有一部分外殼(通常位於兩極)向內墜入奇異星的核中,其餘部分保持完好。這樣的話,外殼的重建過程就會縮短,進而使快速射電暴在我們的觀測周期內反覆出現成為可能。

需要進一步查明的,是這些奇異星外殼坍縮時,是否會在射電波以外的波段上產生電磁輻射。但當前我們的設備要完成這樣的任務,還沒有足夠的敏感度,只能寄希望於未來。

參考:https://arxiv.org/abs/1805.04448


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