2022年01月30日 09:40
【科學快訊】
▎藥明康德內容團隊編輯
在無盡的宇宙中，還有多少我們沒有發現的現象？至少，本周《自然》雜志的一篇論文就講述了這樣的故事——這一次，來自澳大利亞和中國的天文學家發現了一個前所未見的宇宙信號。
研究團隊利用位於西澳大利亞的默奇森寬場陣列（MWA）觀察到的，是一個時而明亮，時而暗淡的信號源：在持續30~60秒的爆發期，劇烈釋放的能量讓它成為同波段最明亮的射電源之一；隨後天體陷入超過17分鐘的沉寂，直至再次爆發。整個爆發周期的時長約為18分鐘。在2018年1月至3月間，這個信號源不時地閃爍——MWA先後71次捕捉到這個信號。但在此之後，它卻再也沒有出現過。
這項研究的通訊作者，澳大利亞科廷大學國際射電天文學研究中心（ICRAR）的天體物理學家Natasha Hurley-Walker博士說：「這是完全在意料之外的。對天文學家來說它仿佛是一個幽靈，此前從未發現有天體能做到這一點。」相對於宇宙來說，這個天體離我們很近，「只有」大約4000光年，就在銀河系的後院。
這個天體的奇異之處，究竟體現在什麼地方？事實上，天體時而明亮、時而暗淡，這種周期性現象本身並不罕見。天文學家將這些天體稱作「暫現源」，它們記錄的往往是巨大的天體死亡時，或者是天體的遺骸爆發的現場。
根據這個周期的長短，已知的暫現源分為兩大類：在高頻射電波段，超新星這樣的慢速暫現源每次爆發可能會持續數日，隨之而來的是長達幾個月的漫長消失期；另一類是快速暫現源，例如脈沖星，爆發周期可能只有短暫的幾毫秒至幾秒。
這次發現的新天體與脈沖星同屬低頻射電天空，但其18分鐘的爆發周期，比已知的最長的脈沖星爆發周期還要長9倍，這樣的周期是此前從未觀測到的。
這個首次出現的神秘天體究竟是什麼？研究團隊隨後展開了分析。天文觀測與數據分析顯示，這個異常明亮、比太陽還小的天體釋放出高度偏振的射電信號，這說明這個旋轉的天體擁有極強的磁場。在已有的理論中，有一種被預言可以存在的天體，符合這個全新天體的特征，這就是超長周期磁星。
「此前有理論預言，存在一種緩慢旋轉的中子星。但沒有人預料到可以直接觀測到這種天體，因為我們沒有想到它會如此明亮，」 Hurley-Walker博士說，「通過某種方式，它將磁場能量轉化為射電波的效率，比此前發現的天體都要高。」此外，研究團隊指出，該天體同樣有可能是擁有超強磁場的白矮星。它的確切身份，還需要更多後續研究來確認。
對於「外星文明產物」這樣的猜想，Hurley-Walker博士同樣給出了回應：「我考慮過這種可能性，但它覆蓋的頻率波段之寬，只可能是自然天體的過程，而不是人為信號。」
這個全新天體的發現，離不開觀測設備性能的提升。完成此次觀測的MWA觀測波段在70兆赫茲至300兆赫茲之間。這個視場（即能觀測的範圍）寬闊、靈敏度極高的設備是巡視整個宇宙、探索未知現象的有力工具。
最早注意到這個信號的，是科廷大學的博士生Tyrone O‘Doherty。去年年初，當時還是本科生的O’Doherty在整理MWA的觀測數據時，發現了這個異常信號。他說：「很高興能看到，我在去年看到的射電源最終成為如此奇異的天體。」
當然，觀測到這個信號只是起點，要揭示它的特征，還需要大量數據處理工作。「這項研究的數據量非常大，生成的圖像在一千萬張以上。」 本文第二作者，現任中國科學院上海天文台助理研究員的張翔博士介紹道。上海天文台的中國SKA區域中心原型機與澳大利亞的Pawsey超算中心、CSIRO Pearcey超級計算機等共同承擔了這項研究的數據處理工作。
這個意料之外的發現對未來的天文學研究有著重要的指導意義。張翔博士點評道：「以往低頻射電對恒星的觀測往往集中在脈沖星等，射電望遠鏡主要搜尋出現周期為秒級甚至以下的天體。發現這樣的長周期天體後，天文學家可以重新在曆史觀測數據中查找類似的天體，並安排新的觀測。」
而這正是研究團隊接下來的目標。「更多的探測將告訴我們，這究竟只是一個罕見的一次性現象，還是大量存在，只是我們此前沒有發現過。」 Hurley-Walker博士說。
MWA是新一代射電望遠鏡——平方公里陣列（SKA）低頻望遠鏡——的先導設備，上海天文台作為正式成員單位參加MWA的II期運行，優先獲取相關數據及科學資源。在本項研究工作中，上海天文台自主研發的中國SKA區域中心原型機承擔了該項目部分MWA數據的存儲，參與了寬波段偏振數據的處理，完成了部分偏振圖像的分析，並與澳大利亞SKA區域中心的計算設備共同完成了其他數據處理任務。
參考資料：
<1> N。
Hurley-Walker et al。， A radio transient with unusually slow periodic emission。 Nature （2022）。
https：//doi.org/10.1038/s41586-021-04272-x
<2> Mysterious object unlike anything astronomers have seen before。
Retrieved Jan。
26， 2022 from https：//www.eurekalert.org/news-releases/941140
<3> 科學家通過SKA先導望遠鏡發現超強磁場新天體。
Retrieved Jan。
27， 2022 from https：//www.cas.cn/syky/202201/t20220127_4823849.shtml
