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《自然》和《科学》同时“加持”的这一发现 慧眼卫星是重要支撑

作者:科技日报 发布日期:2021-02-19 浏览65次

如果评选2020年全球最受关注的科学研究成果,毫无疑问,快速射电暴来自磁星这一发现,肯定是其中之一。

因为这一成果同时获得了全球两大顶级学术期刊《自然》和《科学》的“加持”,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。而这一发现的重要支撑就是慧眼卫星。

2月19日,中科院高能物理研究所召开新闻发布会,介绍我国第一颗空间X射线天文卫星慧眼卫星在这一发现中发挥的重要作用。

当天,《自然·天文学》也在线发表了慧眼卫星的观测结果。慧眼卫星发现首个跟神秘的快速射电暴相关联的X射线暴,确认其来自银河系内的磁星SGR J1935+2154,并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。

“这一发现与国际上其它望远镜的观测一起,证明快速射电暴可以起源于磁星爆发,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。”发布会上,慧眼卫星首席科学家、中科院高能所研究员张双南说。

快速射电暴(FRB),广袤宇宙中一种射电波瞬间暴发的现象,持续时间极短,通常只有几毫秒,他们往往“神龙见首不见尾”,闪现几毫秒,便再无踪迹,其起源和产生机制是当今天文学最大的谜题之一。

事实上,关于快速射电暴的来源,主流的理论假说可以分为两派。一派认为它来自磁星的磁层;另一派则认为,某些致密天体爆发会产生激波,快速射电暴便来源于激波相互作用驱动的辐射。近年来,两大派系一直争论不休。

“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它波段的辐射,限制其物理机制。”张双南说。

2020年4月28日, 英国格林威治时间下午2点34分,加拿大CHIME实验和美国STARE2实验同时看到了一个亮度极高的快速射电暴,被命名为FRB 200428,其方向与银河系内的磁星SGR J1935+2154方向大概一致,而且根据恒星际介质对不同频率射电信号之间的时间延迟推算,暴发源的距离为大约3万光年,也跟SGR J1935+2154大致相符,因此,FRB 200428很可能起源于银河系内的这颗磁星,但还需要更多的观测证据加以确认。

2020年4月中旬,SGR J1935+2154进入了一个新的活跃期,开始出现频繁的X射线暴发。

在这种情况下,慧眼卫星调整了既定的观测计划,对这颗磁星进行了长时间定点观测。在FRB 200428之前约8.6秒,慧眼卫星探测到了来自这颗磁星方向的一个极亮的X射线暴发,它同时也被欧洲的INTEGRAL卫星、俄罗斯的KONUS-WIND探测器和意大利的AGILE卫星监测到。

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。此外,慧眼卫星基于独特的准直器设计,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。

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。

张双南表示,跟其它高能天文卫星的观测数据相比,慧眼卫星对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。慧眼卫星还是国际上独立定位了该X射线暴的两颗天文卫星之一,定位精度远远高于探测到FRB 200428的两个射电望远镜的精度。

在这个X射线暴发的光变曲线中,慧眼卫星探测到两个X射线脉冲跟快速射电暴的两个峰在时间上高度吻合,该结果后来也被其它卫星的数据所证实。慧眼卫星还是唯一给出了暴发期间X射线能谱详细演化的设备,发现该X射线暴峰值处的X射线能谱和其它时间段暴的能谱显著不同,同时也与绝大多数的磁星X射线暴明显不同。这些结果对于理解快速射电暴的产生机制至关重要。

“总而言之,慧眼卫星发现了,该X射线暴来自于磁星SGR J1935+2154;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;该X射线暴的能谱十分特殊。”张双南强调,因此,慧眼卫星证认了快速射电暴的磁星起源。

同时,这次对该磁星和快速射电暴的观测,也体现了慧眼卫星作为空间天文台的强大科学能力。


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