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观天习文,步履不停——记北师大“追星人”

网络整理 2021-02-22

寄蜉蝣于天地,渺沧海之一粟,浩瀚宇宙不仅蕴藏着秘密,也激发着天文人无穷无尽的好奇心。以相对短暂的一生去探求广阔的苍穹,看似做着“以卵击石”的无用功,但在天文人看来,能够于有限的生命窥见无限宇宙中的奥秘,其中的浪漫不言而喻。


在北师大,就有这样一群“追星人”,他们仰望星空也脚踏实地,始终执着于这件很酷的事情。


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星空下的北师大慕士塔格50厘米光学望远镜


2020年11月4日,对于天文学研究者来说,无疑是一个值得纪念的日子。这一天,国际学术期刊《自然》同期发表了三篇论文——首次在银河中观测到快速射电暴。其中包含由北师大天文系青年教师林琳为第一作者的题为《银河系内磁星爆发期射电脉冲辐射的零探测》(No pulsed radio emission during a bursting phase of a Galactic magnetar)的文章。


这一研究也于2020年的尾声,同时被《自然》和《科学》杂志选为“2020年度十大科学发现”之一。


守护初“星”:机会总会留给有准备的人


快速射电暴(FRB)是已知宇宙中射电波段最强的爆发现象。


它们持续时间极短,释放能量巨大,起源众说纷纭,是现代天文学一大谜题。目前该领域最紧迫的任务就是寻找快速射电暴的对应天体。


今年11月的这三项最新观测成果便证实了极强磁场中子星(磁星)是快速射电暴的来源之一。这是天文学家第一次观测到位于银河系内的快速射电暴,也是目前唯一被观测验证的可以产生快速射电暴的天体。但同时,林琳团队的文章更深入地证明了磁星产生快速射电暴还需具备一定条件,磁星爆发与FRB的发生并不总是一一对应,二者之间的关联实则是及其稀少的,仍需进一步研究。


林琳多年来都对磁星这一类处于极端物理条件下的天体抱有强烈的兴趣。有趣的是,林琳回想起最初被天文所吸引,正是高中时阅读的一本书《千亿个太阳》,其中涉及到的致密星、双星等知识与20年后林琳的研究方向不谋而合,当时埋下的那颗好奇的种子似乎冥冥之中也成为了她“追星”路上的一种指引。


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2020年4月28日清晨,林琳收到了一封邮件,让她接下来的几天都沉浸在一种“不真实”的感觉之中。这条消息的内容正是说明林琳一直研究的一颗磁星,即SGR J1935+2154(软伽马重复暴源Soft Gamma-ray Repeater,简称SGR)进入活跃期。


收到这一消息,林琳凭借敏锐的科学直觉,迅速联系FRB重大优先项目团队中的负责人,并申请利用“中国天眼”、世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(简称FAST)进行观测。5个小时后,以史无前例的响应速度FAST的L波段19波束接收机便开始持续监测SGR。


数小时后,北京时间28日晚上10点半左右,加拿大CHIME射电望远镜与美国STARE2又分别探测到了来源于这个磁星的极为明亮的无线电脉冲信号。而且同时观测到了X射线爆发。这条新的信息成为了这项研究的突破口。


团队发现,在FAST28日监测的1个小时内,磁星虽产生了29个X-软伽马射线爆发,但FAST并没有探测到与之对应的FRB。按照“磁星能够产生快速射电暴,并与磁星爆发成协”的模型,29个X-软伽马射线暴发应该产生29个FRB,但在这29个暴发时刻,FAST却没有探测到任何一个脉冲。


起初团队怀疑是FAST在观测环节出现了问题,经过多次检验后,排除了设备观测时因FRB能量过大被饱和等异常情况,并通过一系列的分析最终得出,磁星暴发的30个X-软伽马射线暴,只产生了1个FRB,进而对这一现象给出迄今为止最严格的射电流量限制,对研究快速射电暴的起源和物理机制起到重要的推动作用。


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