源自宇宙深處的強大無線電脈衝可被用於探測星系周圍的隱藏物質

根據上個月發表在《自然-天文學》雜誌上的一項新研究,源自宇宙深處的強大的宇宙射電脈衝可以被用來研究隱藏在附近星系中的“氣體池”。

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所謂的快速射電暴(FRB),是通常起源於數百萬至數十億光年之外的無線電波脈衝。(無線電波是一種電磁輻射,就像我們用眼睛看到的光一樣,但它的波長更長,頻率更低)。第一個FRB是在2007年發現的,從那時起,又有數百個FRB被探測到。2020年,加州理工學院的STARE2儀器和加拿大的CHIME射電望遠鏡探測到一個巨大的FRB,它在我們的銀河系爆炸。這些早期的發現有助於證實這一理論,即這些高能量的事件很可能來自於被稱為磁星的死亡、磁化恆星。

隨着越來越多的FRB被發現,科學家們現在正在研究如何利用它們來研究位於我們和爆發之間的氣體。具體來說,他們希望利用FRB來探測環繞星系的擴散氣體的光環。當射電脈衝向地球傳播時,包裹着星系的氣體預計會減緩電波的速度並分散射電頻率。在這項新的研究中,研究小組研究了CHIME檢測到的474個遙遠的FRB樣本,CHIME是迄今為止發現FRB最多的射電望遠鏡。他們表明,通過銀河系光環的二十幾個FRB子集確實比不相交的FRB慢了很多。

“我們的研究表明,FRB可以作為我們的射電望遠鏡和無線電波源之間所有物質的串聯,”主要作者Liam Connor說,他是天文學的托爾曼博士後學者研究助理,與天文學助理教授和研究的共同作者Vikram Ravi一起工作。

Connor說:“我們利用快速射電暴來照亮銀河系附近的星系光環,並測量其隱藏的物質。”

該研究還報告說,發現星系周圍的物質比預期的要多。具體來說,發現的氣體大約是理論模型預測的兩倍。

所有的星系都被大量的“氣體池”所包圍和滋養,它們就是從這些“氣體池”中誕生的。然而,這些氣體非常稀薄,難以探測。“這些氣體池是巨大的。”Connor說:“如果人眼能夠看到圍繞着附近的仙女座星系的球形光環,那麼這個光環在面積上看起來會比月球大一千倍。”

研究人員已經開發了不同的技術來研究這些隱藏的光環。例如,加州理工學院物理學教授Christopher Martin和他的團隊在W.M.凱克天文台開發了一種叫做凱克宇宙韋伯成像儀(KCWI)的儀器,可以探測從光環中流入星系的氣體絲。

這種新的FRB方法使天文學家能夠測量光環中的物質總量。這可以用來幫助拼湊出一幅星系如何在宇宙時間中成長和演變的圖景。

“這只是一個開始,”Ravi說。“隨着我們發現更多的FRB,我們的技術可以應用於研究不同大小和不同環境下的單個光環,解決物質在宇宙中如何分佈的未解決的問題。”

在未來,FRB的發現預計將繼續湧現。加州理工學院的110盤深層同步陣列,即DSA-110,已經探測到幾個FRB,並確定了它們的宿主星系。該項目由美國國家科學基金會(NSF)資助,位於加州Bishop附近的加州理工學院歐文谷射電天文台。在未來幾年,加州理工學院的研究人員計劃建造一個更大的陣列,即DSA-2000,它將包括2000個盤子,成為有史以來最強大的射電觀測站。DSA-2000目前正在設計中,由Schmidt Futures和NSF資助,每年將探測和確定數千個FRB的來源。