天文学家偶然发现有史以来最长的宇宙射电脉冲

新发现的一个周期接近一小时的射电瞬变体展示了一个引人入胜的天体之谜。这个天体呈现出三种不同的发射状态，可能是一颗缓慢旋转的中子星，也可能是一颗独特的白矮星，挑战着我们现有天文学知识的极限。

当天文学家将射电望远镜指向太空时，我们偶尔会探测到来自宇宙遥远地方的短暂无线电波爆发。这些被称为"射电瞬变"的脉冲串有不同的表现形式--有的只爆发一次就一去不复返，有的则有规律地忽明忽暗。

大多数射电瞬变被认为来自旋转的中子星，即脉冲星。这些恒星像宇宙灯塔一样持续发射无线电波脉冲，以惊人的速度旋转，每次旋转只需几秒钟甚至几分之一秒。

然而，最近我们发现了一个不同于以往的无线电瞬态信号。这个信号的周期将近一个小时，是有记录以来最长的。在不同的观测中，它有时会产生长而明亮的闪光，有时会产生微弱而快速的脉冲，有时则完全没有信号。

我们还不完全清楚发生了什么，但信号源很可能是一颗极不寻常的中子星。不过，其他解释仍然是可能的。我们的发现已发表在Nature Astronomy上。

认识一下 ASKAP J1935+2148（名称中的数字指的是它在天空中的位置）。这个周期性射电瞬变天体是利用CSIRO的ASKAP射电望远镜在西澳大利亚内陆的Wajarri Yamaji乡发现的。

这架望远镜的视场非常宽广，这意味着它可以非常快速地勘测宇宙中的大片区域。这使它非常适合探测新的奇异现象。

利用 ASKAP，我们同时监测伽马射线源，并搜索快速射电暴的脉冲，这时我们发现 ASKAP J1935+2148 在数据中缓慢闪烁。这个信号之所以引人注目，是因为它是由"圆极化"无线电波组成的，这意味着信号在太空中传播时，电波的方向会发生旋转。

艺术家描绘的澳大利亚联邦科学与工业研究组织的 ASKAP 射电望远镜与两个版本的神秘天体：中子星还是白矮星？图片来源：Carl Knox/OzGrav

我们的眼睛无法区分圆偏振光和普通的非偏振光。然而，ASKAP 就像一副偏振太阳镜，能过滤掉成千上万普通光源的眩光。

在首次探测之后，我们利用 ASKAP 和南非灵敏度更高的 MeerKAT 射电望远镜进行了几个月的进一步观测。

ASKAP J1935+2148 属于相对较新的长周期射电瞬变体。目前只发现过另外两个，而 ASKAP J1935+2148 的周期为 53.8 分钟，是迄今为止最长的。

然而，超长的周期仅仅是个开始。我们看到 ASKAP J1935+2148 有三种不同的状态或模式。

在第一种状态下，我们看到明亮的线性（而非圆极化）极化脉冲，持续时间从 10 秒到 50 秒不等。在第二种状态下，圆极化脉冲要弱得多，只能持续约 370 毫秒。第三种状态是安静或淬火状态，完全没有脉冲。

ASKAP J1935+2148 闪烁不停。上面的发光云团是一颗早已爆炸的恒星的残骸，被称为超新星残骸。图片来源：Emil Lenc， CC BY-NC

这些不同的模式，以及它们之间的切换，可能是复杂的磁场和等离子体流与周围空间的强磁场相互作用的结果。我们在中子星中也看到过类似的模式，但根据我们目前对中子星的了解，它们不可能有这么长的周期。

如此长周期信号的来源仍然是一个巨大的谜团，其中最主要的嫌疑是一颗缓慢旋转的中子星。不过，我们也不能排除该天体是一颗白矮星的可能性--白矮星是一颗燃料耗尽的燃烧殆尽的恒星的地球大小的残渣。

白矮星的自转周期通常很慢，但我们不知道它有什么办法能产生我们在这里看到的无线电信号。更重要的是，附近没有其他高磁性白矮星，这使得中子星的解释更加可信。

一种解释可能是，这个天体是一个双星系统的一部分，在这个双星系统中，一颗中子星或白矮星围绕着另一颗看不见的恒星运行。

这个天体可能会促使我们重新考虑几十年来对中子星或白矮星的认识，特别是它们如何发射无线电波以及它们在银河系中的数量是怎样的。要确认这个天体是什么，还需要进一步的研究，但无论哪种情况，都将为我们了解这些极端天体的物理学提供宝贵的信息。

我们不知道 ASKAP J1935+2148 发射射电信号的时间有多长，因为射电天文观测通常不会搜索周期如此之长的天体。此外，根据其发射状态的不同，该射电源的射电辐射仅在其自转周期的 0.01% 到 1.5% 之间被探测到。

因此，我们非常幸运地看到了 ASKAP J1935+2148。在银河系的其他地方，很可能还有许多类似的天体等待着我们去发现。