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研究人員稱「地球連續 35 年收到神秘規律性訊號,電波性質不符合已知理論」,如何從科學角度解讀?

2023-07-21新聞

題目差不多已經把有效資訊說完了…就是科研人員監測到地球收到「神秘規律性訊號」,而且透過查詢記錄可以上溯到 35 年前。目前雖然有幾種嘗試性猜測,但都不能完美地解釋這個異常現象。

只能說,對於外太空和宇宙,我們有太多未知和難以解釋的事情。正如 Kaspi 在評論文章的結尾所說的:

Only time will tell what else lurks in these data, and what observations across many astronomical timescales will reveal.
只有時間才能揭示這些數據中隱藏的其他資訊,以及跨越多個天文時間尺度的觀測將會揭示什麽。

正刊論文 [1] 發表在前天的 619 期 Nature 上,還順帶有一篇 NEWS AND VIEWS:

論文太長太專業,不妨看看這篇 VIEWS [2]

以下是這篇評論文章的(機器)轉譯內容:

天體物體在各種時間尺度上發生變化,理解這些尺度是當今天體物理研究中最令人興奮的領域之一。例如,快速旋轉、高度磁化的中子星,即射電脈沖星,會發射出電磁放射線的束,其脈沖時間尺度為毫秒到幾秒,並且還可以在微秒尺度上變化。快速射電暴是甚至更短的射電波閃爍,隨機出現在天空中,持續時間為幾十微秒到毫秒,其起源目前尚不清楚。但天文時間尺度也可以更長。赫利-沃克等人在【自然】雜誌上發表了一項關於更為緩慢時間尺度的發現:一種以21分鐘為周期脈動的射電源,其起源也未知。

無線電脈沖星是由當時的研究生喬斯琳·貝爾於1967年發現的。人們認為它們的脈沖來自一種類似宇宙燈塔的效應:中子星的旋轉軸與其磁軸不對齊,因此當無線電束從其磁極發出時,訊號會隨著旋轉的恒星而旋轉。當其中一個束穿過地球時,就可以檢測到無線電脈沖。脈沖星的短周期反映了這些恒星的高旋轉速率——在超快毫秒脈沖星的情況下,恒星的旋轉速度與廚房攪拌機的刀片一樣快。

據認為,無線電放射線是由在恒星極地附近的強磁場中螺旋運動的帶電粒子產生的。磁場的運動引起了強大的電場,將這些粒子加速到接近光速。但是,只有當磁場足夠強大且旋轉速率足夠高時,這種機制才能起作用;如果其中任何一個條件不滿足,引起的電場將過於弱,無法加速粒子以形成可檢測的無線電波。

理論家們長期以來一直將「脈沖星死亡線」定義為旋轉速率和磁場強度的一組值,低於這些值時無法產生射電脈沖。死亡線的確切位置取決於模型的微妙之處,因此文獻調查得出了一系列可能性,有時被稱為脈沖星死亡谷(圖1)。多年來,脈沖星的快速旋轉周期(秒級和毫秒級)使得這些天體舒適地位於典型死亡線的「安全」一側,與理論預期相符,盡管一些來源暗示死亡谷的範圍可能被稍微低估。

Hurley-Walker和他的同事們驚喜地發現了一顆脈沖星,被稱為GPM J1839−10,它位於死亡之谷的極限之外,超出了預測的最遠可能線。這個物體甚至比一個名為GLEAM XJ162759.5−523504.3的源更加極端,後者由同一研究小組的研究人員之前發現,周期為18分鐘。如果這些源以蝸牛的速度旋轉,粒子如何被加速到足以產生射電放射線的程度?如果旋轉中子星不負責放射線,那麽它的源究竟是什麽,它又如何獲得所需的能量來引起射電脈沖?

一種可能性是GPM J1839−10是某種高度磁化的白矮星。當脈沖星發射放射線時,它會失去旋轉動能。放射線的亮度與星體的轉動慣量成正比,轉動慣量是衡量物體抵抗旋轉加速度的程度。白矮星比中子星要大得多,所以它們的轉動慣量可以是中子星的100,000倍以上。它們的旋轉速度也比中子星慢得多,這與觀測到的21分鐘周期一致。然而,盡管我們的銀河系中觀測到了成千上萬顆白矮星,其中許多比GPM J1839−10更接近地球,但只有一顆顯示出了即使是稍微相似的無線電放射線。那個物體被稱為Ar Sco,它的脈動周期為兩分鐘,亮度約為GPM J1839−10的1,000分之一。

另一種可能性,也許較少推測性的,是源自磁星,一種被認為擁有宇宙中已知最強磁場的極端中子星形式。磁星的旋轉速率相對於射電脈沖星來說較慢,盡管遠不及GPM J1839−10的速度慢。它們也可能具有至少與GPM J1839−10一樣亮的射電發射。但是磁星通常會經歷突然的爆發期,在這段時間內會發射大量的X射線爆發,然後變得安靜。赫利-沃克等人在他們對GPM J1839−10的X射線觀測中沒有發現爆發的證據,而它正在發射射電脈沖。

盡管磁星不斷地發射X射線,但它們通常會突然產生無線電放射線,與X射線爆發同時出現(,然後在幾個月的時間尺度上逐漸消失。這也適用於18分鐘的源GLEAM XJ162759.5−523504.3,它在僅僅三個月後就消失了。相比之下,令人驚訝的是,Hurley-Walker等人表明GPM J1839−10在過去三十年中一直以無線電頻率發射放射線,比迄今為止發現的任何真正的磁星都要長。

這個新被認可的源的令人困惑的長期活動限制了任何用來解釋它的模型。如果不是無線電天文學家的遠見,他們將詳細歸檔並公開他們龐大的數據,希望這樣做能為未來的科學家提供幫助,它可能會被忽視。無線電觀測在這方面並不特殊。來自電磁波譜的天文數據長期以來一直被仔細編目並免費提供,從而產生了許多類似於這裏報道的發現。透過這種方式,天文學在其他領域將其作為優先事項之前,就已經為開放科學設定了一個高標準。

天文件案中尚未揭示的豐富資訊將繼續被挖掘,毫無疑問,它們將幫助我們回答更多問題。赫利-沃克等人提出的一個關鍵問題是,像GPM J1839−10和GLEAM XJ162759.5−523504.3這樣的源是否異常,或者在銀河系中是否存在大量等待發現的極慢脈沖星。天文件案無疑將在回答這個問題上提供巨大的幫助。只有時間才能揭示這些數據中隱藏的其他資訊,以及跨越多個天文時間尺度的觀測將會揭示什麽。

參考

  1. ^https://www.nature.com/articles/s41586-023-06202-5
  2. ^https://www.nature.com/articles/d41586-023-02295-0