人类首次!中国慧眼卫星确认快速射电暴来自于磁星

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19日,中国“慧眼”卫星队在北京宣布,“慧眼”卫星发现了第一个与这场神秘的快速无线电风暴有关的X射线风暴,确认它来自银河系的磁星SGR j1935+2154,而国际上公认的X射线风暴中包含的两个X射线脉冲是快速无线电风暴的高能对应物。这一发现与世界上其他望远镜的观测一起,证明了快射电暴可以起源于磁星暴,解开了快射电暴起源之谜,为理解快射电暴的辐射机制和磁星暴机制提供了重要数据。

北京时间2月19日,这一结果在世界著名期刊《自然天文学》上在线发表。

快速射电爆发(FRB)是2007年发现的一种神秘的天文现象,持续时间只有几毫秒。它的起源和生成机制是当今文学中最大的谜团之一。要了解射电快速爆发的原因,有两个关键点:一是找到相应的天体;二是看到其他波段射电快速爆发的辐射并限制其物理机制。

2020年4月28日,格林威治时间下午2点34分,加拿大钟实验和美国星2实验同时观测到一个非常明亮的快速射电风暴,命名为FRB 200428,与银河系中的磁星SGR方向一致j1935+2154的方向大致相同,而根据恒定星际介质中不同频率的无线电信号之间的时间延迟,风暴源的距离约为3万光年,这也与sgrj1935+2154大致一致。因此,frb200428很可能起源于银河系中的这颗磁星,但还需要更多的观测证据来证实这一点。

磁星是中子星,其表面磁场强度是地球磁场强度的100多亿倍。在活跃期,会有剧烈的X射线爆发,因此许多理论家认为它们也能产生快速的射电爆发。2020年4月中旬,sgrj1935+2154进入新的活跃期,开始出现频繁的X射线爆发。在这种情况下,彗星调整了观测计划,对磁星进行了长时间定点观测。在FRB 200428之前约8.6秒,彗星探测到了来自磁星方向的一次极其明亮的X射线爆发,欧洲积分卫星、俄罗斯科努斯风探测器和意大利age卫星也对其进行了监测。时间差与星际物质引起的无线电信号延迟相同,说明X射线爆发和快速无线电爆发起源于同一次爆炸。此外,基于独特的准直器设计,彗星对X射线风暴进行了高精度定位,证明了X射线风暴和快速射电风暴都来自这颗磁星。这是我们第一次确认快射电风暴的起源,也是第一次起源于银河系的快射电风暴。这是理解快速射电爆发物理性质的一个重要里程碑。frb200428的研究成果被英国《自然》杂志列为2020年十大科学发现之一,被美国《科学》杂志列为2020年十大科学突破之一。

与其他高能天文卫星的观测数据相比,彗星对frb200428的观测数据统计性最好,能量覆盖范围最广,提供的时变和能谱信息最丰富、最精细。慧眼卫星也是世界上独立定位X射线风暴的两颗天文卫星之一,其定位精度远高于探测FRB200428的两台射电望远镜。在这次X射线爆发的光变曲线中,彗星探测到的两个X射线脉冲与快速射电爆发的两个峰值在时间上高度一致,这一点后来被其他卫星的数据证实。结果表明,X射线爆发峰值处的X射线谱与其它时间段的X射线谱有显著差异,与大多数磁星X射线爆发的X射线谱也有显著差异。这些结果对于理解快速射电爆发的机制具有重要意义。

慧眼卫星是我国第一颗空间X射线天文卫星,由李铁北、吴梅于1993年提出。“慧眼”卫星研制由国家国防科技工业局民用航天研究基金和中国科学院空间科学试验项目共同支持。高能所作为首席科学家单位,负责卫星有效载荷、地面应用系统和科学研究。航天科技集团公司第五研究院是卫星总体单位,清华大学还参与了慧眼卫星工程国家空间科学中心、中国科学院、北京师范大学等单位,眼卫星探测器的定标工作得到了中国计量科学院、意大利费拉拉大学和德国MARPOL地外物理研究所的参与和大力支持。这颗彗星自2017年6月15日发射以来,已在轨运行3年半以上,在黑洞和中子星研究方面取得了一系列重要成果。

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