快速射电暴（FRBs）--能量极高的射电波脉冲--自 2007 年被发现以来已被反复观测到，引发了天文学家对其起源的深入研究。 科学家们认为，它们很可能是由被称为磁星的高磁化中子星引发的。 中子星是在超新星中爆炸的大质量恒星的残余物，是宇宙中密度最大的天体之一。 当我们银河系中的一颗磁星爆发时，包括加州理工学院 STARE2 项目（瞬态天文射电发射 2 勘测）在内的几个天文台实时捕捉到了这一事件，这是支持磁星理论的一个关键证据。
《自然》（Nature）上发表的一项新研究中，由加州理工学院领导的研究小组准确地指出了FRB最有可能发生的地方：在大质量、恒星形成的星系中，而不是在较小、低质量的星系中。 这一发现为研究磁星的形成提供了新的视角。
研究表明，这些不寻常的死星的磁场强度是地球的100万亿倍，通常在两颗恒星合并并随后作为超新星爆炸时产生。 以前，人们还不清楚磁星是否以这种方式形成--来自两颗合并恒星的爆炸--或者它们是否也可能来自单颗恒星的爆炸。
这张蒙太奇照片展示的是用于发现和精确定位快速射电暴（FRB）位置的深同步阵列-110 的天线。 天线上方是一些快速射电暴主星系在天空中的图像。 这些星系非常大，对描述 FRB 来源的模型提出了挑战。 资料来源：Annie Mejia/加州理工学院
关于磁星形成的见解
这项新研究的第一作者、与加州理工学院天文学助理教授维克拉姆-拉维（Vikram Ravi）合作的研究生克里蒂-夏尔马（Kritti Sharma）说："磁星输出的巨大能量使它们成为宇宙中最迷人、最极端的天体。关于大质量恒星死亡后磁星形成的原因，人们知之甚少。 我们的工作有助于回答这个问题。"
该项目首先利用深层同步阵列-110（DSA-110）搜索FRB，这是一个由美国国家科学基金会资助的加州理工学院项目，位于加利福尼亚州毕晓普附近的欧文斯山谷射电天文台。 迄今为止，这个庞大的射电阵列已经探测到了70个FRB，并将它们定位到了它们的特定星系（其他望远镜只定位到了另外23个FRB）。 在目前的研究中，研究人员分析了其中的 30 个定位 FRB。
克里蒂-夏尔马
恒星形成星系中出现的 FRB
拉维说："DSA-110 使已知宿主星系的 FRB 数量增加了一倍多。这就是我们建立阵列的目的"。
虽然众所周知FRB发生在恒星形成活跃的星系中，但研究小组惊讶地发现，FRB往往更频繁地发生在大质量恒星形成星系中，而不是低质量恒星形成星系中。 仅这一点就非常有趣，因为天文学家之前一直以为FRB会在所有类型的活跃星系中发生。
富含金属的星系： 磁星的热点
有了这些新信息，研究小组开始思考这些结果对 FRB 的启示。 大质量星系往往富含金属，因为我们宇宙中的金属--恒星制造的元素--需要时间在宇宙历史中积累。 FRB在这些富含金属的星系中更为常见，这意味着FRB的来源--磁星，在这类星系中也更为常见。
富含金属的恒星--在天文学上指比氢和氦更重的元素--往往比其他恒星长得更大。"拉维说："随着时间的推移，随着星系的成长，一代又一代的恒星在进化和死亡的过程中为星系提供了丰富的金属元素。
更重要的是，在超新星中爆炸并可能成为磁星的大质量恒星通常成对出现。 事实上，84%的大质量恒星都是双星。 因此，当双星中的一颗大质量恒星因金属含量过多而膨胀时，其多余的物质就会被拉到它的伙伴恒星上，从而促进两颗恒星的最终合并。 这些合并后的恒星将拥有比单个恒星更大的组合磁场。
克拉姆-拉维
夏尔马解释说："金属含量更多的恒星会膨胀，推动质量转移，最终导致合并，从而形成一颗质量更大的恒星，其总磁场大于单个恒星所具有的磁场。"
总之，既然在大质量和富含金属的恒星形成星系中更容易观测到 FRB，那么磁星（被认为会触发 FRB）很可能也是在富含金属的环境中形成的，这种环境有利于两颗恒星的合并。 因此，研究结果表明，宇宙中的磁星起源于恒星合并的残余物。
未来，研究小组希望利用 DSA-110 和最终的 DSA-2000（一个计划于 2028 年在内华达沙漠建造完成的更大的无线电阵列）来寻找更多的 FRB 及其起源地。
"这项成果对于整个DSA团队来说是一个里程碑。 这篇论文的许多作者都参与了 DSA-110 的建造，"拉维说。"DSA-110在定位FRB方面如此出色，预示着DSA-2000的成功。"
编译自/ScitechDaily