困扰天文学家17年的宇宙谜团,终于有了眉目
宇宙里的怪事不少,快速射电暴绝对是近几十年最让天文学家头疼的存在。它只花短短几毫秒释放的能量,就抵得上太阳整整一天的辐射总量,哪怕远在几十亿光年外也能被我们捕捉到,但很长时间里没人能说清这些信号到底是从哪冒出来的。
直到近年一批新的观测数据出来,所有线索才慢慢指向了宇宙中一类最极端的天体。
目前研究得最透彻的快速射电暴编号1102,源头在30亿光年外的一个矮星系里。后续通过高灵敏度观测进一步锁定,信号就来自这个星系的恒星形成区,天文学家第一时间就把磁星列为最有可能的候选来源。
磁星是中子星里非常特殊的一类,拥有宇宙中已知最强的磁场,本身就是少数能在这么远的距离还能产生如此强信号的天体。而恒星形成区,刚好是年轻、活跃度高的磁星最集中的地方。
与此同时,这个射电暴的偏振现象也和之前的推测对上了——信号穿过强磁场时会发生扭曲,也就是法拉第效应,这也进一步说明磁星很可能就是信号源。

对其他重复性射电暴的定位,又展现出了一些不太一样的特征。比如编号0916的射电暴,来自5亿光年外一个结构和银河系更像的星系,信号同样被追踪到了恒星形成区,但这次没有观测到明显的法拉第效应带来的信号扭曲,说明它传播路径上的磁场强度要弱很多。
2019年,天文学家终于追踪到了几个非重复性射电暴的来源,结果反而引出了更多谜团。
这些非重复暴的源头全都在数十亿光年之外,它们的宿主星系大多和银河系类似,恒星形成的速度很慢,其中有一个甚至已经完全停止了恒星形成。
这下就出现了一个很清晰的分界:在有活跃恒星形成的星系里,观测到的全是可重复射电暴;在没有活跃恒星形成的星系里,出现的全是不可重复射电暴。
这两类现象本质上到底是不是同一种东西,至今还是快速射电暴领域最核心的争议点。

相关研究一直在往前推进,2020年,天文学家期待了很久的突破性事件终于来了:银河系内爆发了一次快速射电暴,源头是狐狸座中编号2154的天体,这个天体的前缀是软重复伽马射线源,目前学界普遍认为这类天体就是磁星。
要搞清楚这次银河系内的射电暴和磁星的关联,得先弄明白磁星到底是一种什么样的天体。
磁星是中子星里极其极端的一个分支,和大家熟悉的脉冲星不一样,磁星的自转速度通常没那么快,但磁场强度却要高出好几个量级。
关于它强磁场的来源,有一种说法是磁星直接继承了前身恒星的磁层磁场,更主流的推测则是,磁星内部流动着一层超导物质,像发电机一样持续不断地生成强磁场。
不管磁场来源到底是哪一种,磁星的磁场强度都远远超出普通人的想象。这种强度的磁场足以扭曲原子内部的电子轨道,电子云会顺着磁场线被拉成雪茄的形状,甚至细针状,普通物质只要靠近磁星,根本没办法保持稳定,直接就会被撕成碎片。
天文学家最早注意到磁星,并不是因为它的强磁场,而是因为发现它是X射线和伽马射线爆发的源头。
这类爆发早在20世纪60年代就被观测到了,直到80年代才和经典伽马射线暴区分开,属于能量更低的特殊类别,最初被命名为软重复伽马射线暴。
虽然后来发现它的辐射峰值更接近硬X射线,而不是伽马射线的光谱,这个最初的名字还是被保留了下来。
90年代,科学家第一次提出了超强磁化中子星的理论概念,认为这类天体释放的爆发,和软伽马暴的观测特征完全吻合。
磁星也成了又一个先在理论中存在,之后才在真实宇宙里被观测证实的天体。
磁星的高能辐射成因,和它的强磁场关系非常密切。
目前学界普遍认为,中子星内部由液态中子物质构成,里面混有少量的质子和电子,外层的温度要低很多,液态物质会结晶成厚度达数千米的坚硬外壳。
在绝大多数中子星里,强磁场会持续挤压地壳产生应力,这和太阳上的情况有点相似:天体内部不同深度的磁性物质流动速度不一样,会生成非常复杂的磁场,内部的磁力线互相缠绕,慢慢积累出巨大的斥力。
但和太阳不一样的是,中子星有一层坚硬的外壳,内部的磁力线几乎没办法自由移动,等磁力线对地壳的斥力累积到临界值,就会挤开地壳形成微小的裂缝,相当于发生在中子星上的地壳剧烈震动,这种现象被命名为星震。
地壳的位移是瞬间发生的,所有被困在地壳里的磁力线会一下子被激发,产生等离子体流体力学里所说的阿尔文波。磁场裹挟着的带电粒子会被加速到接近光速的相对论速度,获得巨大动能的粒子不断碰撞、升温,最终释放出X射线和伽马射线,这类辐射在整个宇宙中都能被观测到,星震也被认为是这类高能爆发最可能的产生机制。
说到这里很多人肯定会好奇,这些关于磁星爆发的研究,和我们最开始提到的快速射电暴,到底有什么联系?

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