源自宇宙深处的强大无线电脉冲可被用于探测星系周围的隐藏物质

2022年08月09日 08:35 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

根据上个月发表在《自然-天文学》杂志上的一项新研究,源自宇宙深处的强大的宇宙射电脉冲可以被用来研究隐藏在附近星系中的“气体池”。

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所谓的快速射电暴(FRB),是通常起源于数百万至数十亿光年之外的无线电波脉冲。(无线电波是一种电磁辐射,就像我们用眼睛看到的光一样,但它的波长更长,频率更低)。第一个FRB是在2007年发现的,从那时起,又有数百个FRB被探测到。2020年,加州理工学院的STARE2仪器和加拿大的CHIME射电望远镜探测到一个巨大的FRB,它在我们的银河系爆炸。这些早期的发现有助于证实这一理论,即这些高能量的事件很可能来自于被称为磁星的死亡、磁化恒星。

随着越来越多的FRB被发现,科学家们现在正在研究如何利用它们来研究位于我们和爆发之间的气体。具体来说,他们希望利用FRB来探测环绕星系的扩散气体的光环。当射电脉冲向地球传播时,包裹着星系的气体预计会减缓电波的速度并分散射电频率。在这项新的研究中,研究小组研究了CHIME检测到的474个遥远的FRB样本,CHIME是迄今为止发现FRB最多的射电望远镜。他们表明,通过银河系光环的二十几个FRB子集确实比不相交的FRB慢了很多。

“我们的研究表明,FRB可以作为我们的射电望远镜和无线电波源之间所有物质的串联,”主要作者Liam Connor说,他是天文学的托尔曼博士后学者研究助理,与天文学助理教授和研究的共同作者Vikram Ravi一起工作。

Connor说:“我们利用快速射电暴来照亮银河系附近的星系光环,并测量其隐藏的物质。”

该研究还报告说,发现星系周围的物质比预期的要多。具体来说,发现的气体大约是理论模型预测的两倍。

所有的星系都被大量的“气体池”所包围和滋养,它们就是从这些“气体池”中诞生的。然而,这些气体非常稀薄,难以探测。“这些气体池是巨大的。”Connor说:“如果人眼能够看到围绕着附近的仙女座星系的球形光环,那么这个光环在面积上看起来会比月球大一千倍。”

研究人员已经开发了不同的技术来研究这些隐藏的光环。例如,加州理工学院物理学教授Christopher Martin和他的团队在W.M.凯克天文台开发了一种叫做凯克宇宙韦伯成像仪(KCWI)的仪器,可以探测从光环中流入星系的气体丝。

这种新的FRB方法使天文学家能够测量光环中的物质总量。这可以用来帮助拼凑出一幅星系如何在宇宙时间中成长和演变的图景。

“这只是一个开始,”Ravi说。“随着我们发现更多的FRB,我们的技术可以应用于研究不同大小和不同环境下的单个光环,解决物质在宇宙中如何分布的未解决的问题。”

在未来,FRB的发现预计将继续涌现。加州理工学院的110盘深层同步阵列,即DSA-110,已经探测到几个FRB,并确定了它们的宿主星系。该项目由美国国家科学基金会(NSF)资助,位于加州Bishop附近的加州理工学院欧文谷射电天文台。在未来几年,加州理工学院的研究人员计划建造一个更大的阵列,即DSA-2000,它将包括2000个盘子,成为有史以来最强大的射电观测站。DSA-2000目前正在设计中,由Schmidt Futures和NSF资助,每年将探测和确定数千个FRB的来源。

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