天文学家发现一颗死星发出类似宇宙灯塔的神秘信号

一个长达十年的射电之谜终于被解开了：天文学家将重复脉冲与紧密轨道运行的一颗白矮星和一颗红矮星联系起来。每两小时，它们的磁相互作用就会产生射电爆发，这种现象以前只与中子星有关。这一发现重塑了我们对长周期射电瞬变及其起源的理解。

艺术家描绘的红矮星（左）和白矮星（中）相互绕转的景象。这两颗恒星的轨道非常紧密，以至于它们的磁场会相互作用，每两小时就会产生一次射电脉冲。图片来源：Daniëlle Futselaar/artsource.nl

一个国际天文学家团队，包括西北大学天体物理学家，已经确定了十年前首次发现的神秘无线电脉冲的来源。

这些脉冲每两小时出现一次，追踪到北斗七星附近的区域。通过分析来自多个望远镜的数据，研究人员确定这些信号来自一个意想不到的来源——一个包含一颗死星的双星系统。

该系统由一颗红矮星和一颗白矮星组成，这两颗星彼此绕转，轨道非常近，因此它们的磁场会相互作用。每两小时，当它们的磁场发生碰撞时，就会产生强大的射电爆发。

到目前为止，长周期射电脉冲仅与中子星有关。这一发现表明双星系统也能产生这些信号，拓展了我们对此类爆发如何发生的理解。该研究结果于3月12日发表在《自然天文学》杂志上。

“有几颗高度磁化的中子星，或称磁星，已知它们会发出周期为几秒钟的射电脉冲，”西北大学天体物理学家、研究合著者查尔斯·基尔帕特里克 (Charles Kilpatrick) 说道。“一些天体物理学家还认为，由于这些源在旋转，因此它们可能会以固定的时间间隔发射脉冲，因此我们只有在源朝向我们旋转时才能看到射电发射。现在，我们知道至少有一些长周期射电瞬变来自双星。我们希望这能激励射电天文学家定位可能来自中子星或磁星双星的新类型源。”

基尔帕特里克是西北大学天体物理跨学科探索与研究中心的研究助理教授。澳大利亚悉尼大学的博士后学者艾里斯·德·鲁伊特领导了这项研究。在进行这项研究时，她是荷兰阿姆斯特丹大学的一名博士生。

位于德伦特省埃克斯洛的 LOFAR 部分区域。图片来源：LOFAR

德鲁伊特去年在梳理低频阵列 (LOFAR) 档案时首次发现了这些脉冲。低频阵列是地球上观测到的最低频率下运行的最大射电望远镜。通过查看数据，她发现第一个脉冲出现在 2015 年。当她随后筛选来自同一天空区域的更多档案数据时，德鲁伊特又发现了六个脉冲。

就像一道短暂的闪光——但以无线电形式出现——每个脉冲持续时间从几秒到几分钟不等。奇怪的是，脉冲以规律的间隔重复，就像一个每两小时滴答一次的宇宙钟。近年来，天文学家发现了越来越多的快速射电暴 (FRB)。然而，我们讨论的这种无线电脉冲是一种罕见得多的事件。

“无线电脉冲与 FRB 非常相似，但它们的长度各不相同，”基尔帕特里克说。“脉冲的能量比 FRB 低得多，通常持续几秒钟，而 FRB 则持续几毫秒。还有一个主要问题，即长周期无线电瞬变和 FRB 之间是否存在连续的物体，或者它们是否是不同的群体。”

德鲁伊特和她的团队对脉冲的来源感到好奇，并从亚利桑那州的 MMT 天文台和德克萨斯州的麦克唐纳天文台获得了后续观测结果。这些观测表明，脉冲的来源不是一颗闪烁的恒星，而是两颗一起脉冲的恒星。这两颗恒星距离地球仅 1600 光年，绕着一个共同的重心旋转，每 125.5 分钟旋转一圈。

德克萨斯大学奥斯汀分校麦克唐纳天文台的霍比-埃伯利望远镜上方，星迹围绕北极星旋转。图片来源：Ethan Tweedie 摄影

为了证实这些发现，基尔帕特里克利用西北大学对亚利桑那州多镜面望远镜 (MMT) 的远程访问权限，对该系统进行了长达两小时的全程观测。“西北大学对 MMT 的私人访问权限使这项科学研究成为可能，否则这是不可能的，”他说。

这些观测让基尔帕特里克能够追踪系统运动的变化，并获得红矮星的光谱。通过获取恒星发出的光并将其分解成其组成颜色（或光谱），基尔帕特里克能够获得有关恒星本身的信息。

“这些数据中的光谱线让我们能够确定，红矮星正以与射电脉冲完全相同的两小时周期快速来回移动，”基尔帕特里克说。“这是红矮星位于双星系统中的有力证据。”

这种“来回”运动似乎是由于伴星的引力将红矮星拉来拉去。通过精确计算这些运动的变化，基尔帕特里克测量了这颗暗得多的伴星的质量。计算出的质量与白矮星的典型质量一致。虽然白矮星的质量范围可以从低到中等，就像我们的太阳一样，但红矮星总是小得多，温度也低得多。

“在几乎所有情况下，它的质量以及太暗而无法看到的事实都意味着它一定是一颗白矮星，”基尔帕特里克说。“这证实了白矮星双星起源的主要假设，也是我们掌握的长周期射电瞬变前身系统的第一个直接证据。”

未来，天文学家计划更详细地研究双星源（ILTJ1101）的紫外线辐射。研究结果可能有助于确定白矮星的温度，并揭示更多有关白矮星和红矮星的历史。

“为这个谜题添加新的部分特别酷，”德鲁伊特说。“我们与来自各个天文学领域的专家合作。通过不同的技术和观察，我们一步步接近解决方案。”

编译自/ScitechDaily