十多年来,天文学家一直对快速射电暴的起源感到困惑,射电暴是主要来自遥远星系的短暂无线电波爆发。在同一时期,科学家们还探测到了高能中微子,这是一种来自银河系外的幽灵般的粒子,其来源也是未知的。
一项新理论表明,这两个神秘信号可能来自同一个宇宙源:高度活跃且磁化的中子星,称为磁星。如果属实,则可以详细说明射电暴或FRB发生的速度。然而,哥伦比亚大学的天体物理学家布赖恩·梅茨格说,找到“确凿证据”——从同一个磁星同时捕获中微子和射电暴——将具有挑战性,因为这样的中微子很少见,而且很难找到。他和他的同事在9月1日发布在arXiv.org上的一项研究中描述了这个想法。
即便如此,威斯康星大学麦迪逊分校的天体物理学家JustinVandenbroucke说:“这篇论文在我认为是天体物理学中两个最令人兴奋的谜团之间提供了可能的联系,”他正在寻找中微子,但没有参与这项新工作。
已经检测到100多次快速射电暴,但大多数距离太远,天文学家无法看到是什么驱动了能量爆炸。数十种可能的解释一直存在争议,从恒星碰撞到超大质量黑洞,再到被称为脉冲星的旋转恒星尸体,再到围绕黑洞运行的脉冲星(SN:1/10/18)。一些天文学家甚至引用了来自外星人的信号。
但在过去几年中,磁星已成为最有力的竞争者。“我们不知道快速射电暴的引擎是什么,但人们越来越相信它们中的一部分来自燃烧的磁星,”梅茨格说。
这种信心在4月得到了提升,当时天文学家检测到来自银河系(SN:6/4/20)的第一次射电暴。爆发足够近——距离大约30,000光年——天文学家可以将其追溯到一颗名为SGR1935+2154的年轻活跃磁星。“它真的就像一块用于理解快速射电暴的罗塞塔石碑,”Vandenbroucke说。
梅茨格说,磁星可以通过多种方式发出爆发。例如,无线电波可能来自靠近中子星表面的地方。或者在磁星爆发出高能耀斑后产生的冲击波,类似于太阳发出的耀斑,可以产生无线电波。
梅茨格说,只有那些冲击波才会同时产生中微子和快速射电暴。方法如下:一些磁星反复发射耀斑,使周围环境充满带电粒子。至关重要的是,每次耀斑都会从中子星表面挖掘出一些质子。其他情况可能会给磁星带来电子光环,但质子只会来自磁星本身。如果磁星有一个电子光环,那么将质子添加到混合物中就可以为双倍剂量的宇宙现象奠定基础。
当下一个耀斑遇到前一个耀斑释放的质子时,它会以相同的速度向相同的方向加速质子和电子。Metzger说,这种电子的“有序舞蹈”可以通过将电子运动的能量转化为无线电波而引起快速射电暴。质子可以通过链式反应,每个质子产生一个高能中微子。
Metzger与斯坦福大学的天体物理学家KeFang和加州大学伯克利分校的BenMargalit一起计算了4月份出现的快速射电暴所产生的任何中微子的能量。该团队发现这些能量与南极洲IceCube中微子观测站可以探测到的能量相匹配。
Vandenbroucke说,但IceCube在4月份没有检测到任何来自该磁星的中微子。不过,这并不奇怪。由于FRB中的中微子预计很少见,因此检测任何中微子都将具有挑战性,并且可能需要将特别明亮的磁星耀斑直接对准地球。
Vandenbroucke已经与他的学生就他们研究的其他方面打赌,但他说他不会为他是否会在他有生之年看到快速射电暴中的中微子打赌。“有太多的不确定性,”他说。
尽管如此,他还是很乐观。“即使从一个[快速射电暴]中检测到一个中微子也将是一个发现,并且只需要一个幸运的FRB就能产生可检测到的中微子,”他说。