哈勃太空望远镜追踪到星系旋臂的快速射电爆发
天文学家利用美国宇航局（NASA）的哈勃太空望远镜追踪了五个遥远星系螺旋臂上五次短暂而强大的射电爆发的位置。
这些被称为快速射电风暴(FRBs)的异常事件在千分之一秒内产生的能量相当于太阳一年产生的能量。由于这些短暂的无线电脉冲在眨眼之间就消失了，研究人员很难追踪到它们的来源，更不用说确定是什么或哪些物体造成了它们。因此，大多数时候，天文学家并不知道确切的观测地点。
天文学家利用哈勃太空望远镜追踪到上图中两个星系的旋臂处有两次短暂而强大的射电爆发。左边的两张图片展示了哈勃望远镜拍摄的每个星系的完整快照。右边的两张数字增强图像更详细地展示了每个星系的螺旋结构。这些射电爆发的目录名称是FRB 190714(上排)和FRB 180924(下排)。这些星系远离地球，呈现出数十亿年前的样子。这四幅图像中的每一幅都用虚线标出了明亮的射电耀斑的位置。
影像来源：SCIENCE: NASA, ESA, Alexandra Mannings (UC Santa Cruz), Wen-fai Fong (Northwestern) IMAGE PROCESSING: Alyssa Pagan (STScI)
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确定这些爆炸来自哪里，特别是它们来自哪些星系，对于确定什么样的天文事件会触发如此强烈的能量闪光非常重要。对八个FRB的新的哈勃调查帮助研究人员缩小了可能的FRB来源的范围。
夜光闪烁
2001年7月24日，帕克斯射电天文台在存档数据中发现了第一个FRB。从那时起，天文学家们发现了多达1000个FRB，但他们只能将其中大约15个与特定的星系联系起来。
“我们的结果是新颖而令人兴奋的。这是对FRB群的首次高分辨率观测，哈勃望远镜发现其中5个位于星系旋臂附近或其上。”加州大学圣克鲁兹分校的亚历山德拉-曼宁斯（Alexandra Mannings）是这项研究的主要作者，他说道。“大多数星系质量巨大，相对年轻，并且仍然在形成恒星。成像使我们能够更好地了解宿主星系的整体属性，比如质量和恒星形成率，以及探测在FRB位置上发生了什么，因为哈勃有如此高的分辨率。”
在哈勃的研究中，天文学家不仅把它们都固定在宿主星系上，而且还确定了它们的起源位置。哈勃望远镜在2017年观察了其中一个FRB位置，在2019年和2020年观察了另外七个。
“我们不知道是什么导致了FRB，所以当我们有它的时候，使用环境是非常重要的。”伊利诺斯州埃文斯顿西北大学的研究小组成员冯文辉说。“这项技术在识别其他类型的瞬变现象的前身方面非常有效，比如超新星和伽马射线爆发。哈勃在这些研究中也发挥了重要作用。”
哈勃研究中的星系存在于数十亿年前。因此，天文学家看到的星系是它们在宇宙约为其目前年龄一半时出现的样子。
其中许多星系的质量与我们的银河系一样大。这些观测是用哈勃的广域相机3号在紫外光和近红外光下进行的。
紫外光可以追踪到年轻恒星沿着螺旋星系蜿蜒的臂膀所发出的光芒。研究人员使用近红外图像来计算星系的质量，并找到较老的恒星群所在的位置。
为了寻找神秘的快速射电风暴（FRB）的邻居，天文学家使用哈勃太空望远镜追踪到了其中的四个，即图片中所示的四个遥远的星系的旋臂。这些脉冲被编为FRB 190714（左上）、FRB 191001（右上）、FRB 180924（左下）和FRB 190608（右下）。由于这些射电脉冲在不到一眨眼的时间内就消失了，研究人员很难追踪到它们的来源。借助哈勃的敏锐视野，天文学家们在星系的旋臂上确定了它们的位置(用虚线表示)。
影像来源：SCIENCE: NASA, ESA, Alexandra Mannings (UC Santa Cruz), Wen-fai Fong (Northwestern) IMAGE PROCESSING: Alyssa Pagan (STScI)
位置，位置，还是位置
这些图像显示了螺旋臂结构的多样性，从紧密缠绕到更加分散，揭示了恒星如何沿着这些突出的特征分布。星系的旋臂描绘了年轻的大质量恒星的分布。然而，哈勃望远镜的图像显示，在旋臂附近发现的FRB并不是来自最亮的区域，这些区域闪耀着大质量恒星的光芒。这些图像支持了一个观点，即FRB可能不是来自最年轻、质量最大的恒星。
这些线索帮助研究人员排除了这些明亮耀斑类型的一些可能触发因素，包括最年轻、质量最大的恒星的爆炸性死亡，它产生了伽马射线暴和一些类型的超新星。另一个不太可能的来源是中子星的合并，中子星是恒星被压碎的核心，在超新星爆炸中结束它们的生命。这些合并需要数十亿年的时间才能发生，而且通常在远离不再形成恒星的较老星系的旋臂处被发现。
磁性怪兽
然而，研究小组的哈勃结果与主要模型一致，即FRB起源于年轻的磁星爆发。磁星是一种具有强大磁场的中子星。它们被称为宇宙中最强的磁铁，拥有比冰箱门磁铁强大10万亿倍的磁场。天文学家去年把对我们银河系中发现的一个FRB的观测与一个已知的磁星所在的区域联系起来。
快速射电风暴，或称FRB，是非同寻常的事件，它在千分之一秒内产生的能量相当于太阳一整年的能量！天文学家利用NASA的哈勃太空望远镜追踪了5个短暂而强大的FRB的位置，这些FRB在其宿主星系的旋臂附近或上面。这项研究帮助排除了一些最初被认为可能导致这些明亮耀斑的恒星物体。
视频来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心
“由于其强大的磁场，磁星是相当不可预测的，”方解释说。“在这种情况下，RB被认为是来自于一个年轻的磁星的耀斑。大质量恒星经过恒星演化成为中子星，其中一些中子星可以被强烈磁化，从而导致耀斑和表面的磁性过程，这些过程可以发射射电光。我们的研究符合这一情况，排除了非常年轻或非常古老的FRB的原生体。”
观测结果还帮助研究人员加强了FRB与大质量、恒星形成的星系的联系。以前对一些可能的FRB宿主星系的地面观测，并没有很清楚地探测到其中许多星系的底层结构，比如旋臂。因此，天文学家们不能排除FRB起源于一个隐藏在大质量星系之下的矮星系的可能性。据共同作者、加州大学圣克鲁兹分校的苏尼尔·西玛（Sunil Simha） 说，在哈勃的新研究中，仔细的图像处理和图像分析让研究人员排除了矮星系的存在。
尽管哈勃望远镜的结果令人兴奋，但研究人员表示，他们需要更多的观察，才能对这些神秘的闪光形成更明确的图像，并更好地确定它们的来源。“这是一个令人兴奋的新领域，”方说。“找到这些局部事件是谜题的一个主要部分，与之前的工作相比，这是一个非常独特的谜题部分。这是哈勃望远镜的独特贡献。”
该团队的研究结果将发表在即将出版的《天体物理学杂志》上。
哈勃太空望远镜是NASA和ESA（欧洲航天局）之间的一个国际合作项目。NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃望远镜的科学操作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。
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