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去年预测的银河伽马射线暴如期出现

2021-07-14 12:10          伽马射线暴 伽马射线

一位艺术家描绘了磁星(一种高度磁化的中子星)磁场中的打嗝,它产生了从整个星系都可以看到的强大伽马射线爆发。加州大学伯克利分校的物理学家发现了这些爆发的不寻常模式,可以帮助确定触发打嗝和产生软伽马爆发的精确机制。

磁星是一种奇异的物体——巨大的旋转中子星,其磁场是已知最强大的,能够发射短暂的无线电波,如此明亮,在整个宇宙中都可见。

一组天体物理学家现在发现了磁星的另一个特点:它们可以以前所未有的模式发射低能量伽马射线爆发,这在任何其他天文物体中都是前所未有的。

目前还不清楚为什么会这样,但磁星本身却知之甚少,有几十种关于它们如何产生无线电和伽马射线爆发的理论。认识到这种不寻常的伽马射线活动模式可以帮助理论家找出所涉及的机制。

加州大学伯克利分校空间科学实验室 (SSL) 的天体物理学家布鲁斯·格罗桑 (Bruce Grossan) 说:“与快速射电暴和软伽马中继器相关联的磁星,除了随机性之外,还有一些周期性的东西。” “这是除了爆发是如何产生的谜团之外的另一个谜团。”

研究人员——来自 SSL 和伯克利宇宙物理中心的 Grossan 和理论物理学家和宇宙学家 Eric Linder 以及来自哈萨克斯坦纳扎尔巴耶夫大学的博士后研究员 Mikhail Denissenya——去年从一个软伽马中继器 SGR1935+2154 的爆发中发现了这种模式,即一个磁星,一个多产的软或低能量伽马射线爆发源,也是我们银河系中唯一已知的快速射电爆发源。他们发现该物体随机发射脉冲串,但仅在四个月的常规时间窗口内发射,每个活动窗口间隔三个月不活动。

3 月 19 日,该团队上传了一份预印本,声称来自 SGR1935+2154 的软伽马暴中的“周期性窗口行为”,并预测这些暴将在 6 月 1 日之后再次启动——在中断三个月后——并且可能会在整个四个月内发生10 月 7 日结束的窗口。

6 月 24 日,也就是活动窗口的三周后,在预测的三个月差距之后观测到了 SGR1935+2154 的第一次新爆发,此后又观测到了近 12 次爆发,包括 7 月 6 日,即论文发表的那天在线发表在《物理评论 D》杂志上。

“这个窗口内的这些新爆发意味着我们的预测已经死了,”研究高能天文瞬变的格罗桑说。“可能更重要的是,自从我们第一次发布预印本以来,在窗口之间没有检测到爆发。”

林德将三个月内未检测到爆炸事件比作一个关键线索——看门狗在夜间不吠叫的“奇怪事件”——这让夏洛克·福尔摩斯在短篇小说“大冒险”中破获了一起谋杀案。银焰”。

“丢失或偶尔出现的数据对任何科学家来说都是一场噩梦,”该论文的第一作者、纳扎尔巴耶夫大学能量宇宙实验室的成员丹尼森亚指出,该实验室由格罗桑、林德和加州大学伯克利分校的宇宙学家和诺贝尔奖获得者几年前创立。乔治·斯穆特。“在我们的案例中,重要的是要意识到缺失的爆发或根本没有爆发携带信息。”

他们预测的证实让研究人员感到震惊和兴奋,他们认为这可能是一种现象的新例子——周期性窗口行为——可以表征其他天文物体的发射。


自 2014 年以来,我们银河系中的一颗磁星(SGR1935+2154)一直在发射软伽马射线(黑星)。加州大学伯克利分校的科学家得出结论,它们只发生在特定的时间窗口(绿色条纹)内,但在中间窗口(红色)期间以某种方式被阻止。他们使用这种模式来预测 2021 年 6 月 1 日之后开始的新爆发(右侧蓝色条纹),自 6 月 24 日以来,已检测到十多个(蓝色星星):按计划进行。

来自 27 岁卫星的挖掘数据

去年,研究人员提出,来自遥远星系的快速射电爆发(通常持续千分之一秒)可能会以周期性的窗口模式聚集。但是数据是断断续续的,而且用稀疏数据来确定这种说法的统计和计算工具还没有得到很好的发展。

Grossan 说服 Linder 探索是否可以使用先进的技术和工具来证明SGR1935+2154 磁星的软伽马射线暴数据中存在周期性窗口化——但也是随机的,在活动窗口内——行为。1994 年发射的 WIND 航天器上的 Konus 仪器记录了该天体的软伽马射线暴——自 2014 年以来,它也表现出快速的射电暴——并且可能从未错过过一个明亮的爆发。

Linder 是劳伦斯伯克利国家实验室超新星宇宙学项目的成员,他使用先进的统计技术来研究宇宙中星系空间的聚类,他和 Denissenya 调整了这些技术来及时分析爆发的聚类。他们的分析首次将此类技术用于重复事件,显示出一种不寻常的窗口周期性,这与大多数天文学家在考虑周期性行为时会想到的物体旋转或在轨道上产生的非常精确的重复不同。

“到目前为止,我们已经观察到自 2014 年以来超过 10 个窗口期的爆发,虽然我们认为它是周期性窗口期,但它实际上是随机的,概率为 10,000 分之三,”他说,这意味着他们有 99.97% 的机会是正确的. 他指出,蒙特卡罗模拟表明,他们看到一种并不真正存在的模式的可能性可能远低于十亿分之一。

WIND 和其他监测伽马射线爆发的航天器最近在其预测窗口内观察到五次爆发,这增加了他们的信心。然而,在窗外观察到的单一未来爆发会反驳整个理论,或者导致他们完全重新进行分析。

“对我来说,最有趣和最有趣的部分是做出可以在天空中进行测试的预测。然后我们对真实和随机模式进行了模拟,发现它确实告诉了我们关于爆发的信息,”Denissenya 说。

至于造成这种模式的原因,格罗桑和林德只能猜测。来自磁星的软伽马射线爆发被认为与星震有关,可能是由中子星的地壳与其强磁场之间的相互作用引发的。磁星每隔几秒旋转一次,如果旋转伴随着进动——旋转中的摆动——这可能会使爆发发射源仅在某个窗口内指向地球。格罗桑说,另一种可能性是,磁星周围有一层致密、旋转的模糊物质云,但有一个洞,它只能周期性地让爆发出来并到达地球。

“在我们对这些来源的了解的现阶段,我们无法真正说出它是什么,”格罗桑说。“这是一个丰富的现象,可能会被研究一段时间。”

Linder 同意并指出,这些进步是通过高能天体物理学观测和理论宇宙学技术的异花授粉取得的。

“加州大学伯克利分校是一个很棒的地方,不同的科学家可以聚集在一起,”他说。“他们将继续在夜间观看和学习,甚至用他们的乐器‘听’更多的狗。”

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