什么是快速射电暴:发生在中子星上的“地震”

快速射电暴是一个天文谜题,其确切的原因和起源尚未得到证实。快速射电暴是一种极其明亮的能量爆发,能够在千分之一秒的时间内释放出比整个星系都要更大的能量,这么短时间内的能量释放相当于太阳三天内释放的能量总和。

快速射电暴在宇宙中并不罕见,实际上地球上每天都能够接收到大约10000次快速射电暴的信息,这其中绝大部分的快速射电暴都是随机出现的一次性事件,但是至今也发现了大约50个能重复发生的快速射电暴。

艺术家对到达地球的快速射电暴 (FRB) 的印象,颜色代表不同的波长。(Image credit: Jingchuan Yu, Beijing Planetarium)
艺术家对到达地球的快速射电暴 (FRB) 的印象,颜色代表不同的波长。(Image credit: Jingchuan Yu, Beijing Planetarium)

这些发生在宇宙深处的快速射电暴能够传输很远的距离,很多都发生在10亿光年以外,当这些快速射电暴信号到达地球的时候,已经变得非常微弱,比从月球上接收到的地球上的手机信号还要微弱。

之前科学家并不太清楚快速射电暴的发生原因,但是可以确定的是快速射电暴是由中子星引起的,只是很多人认为快速射电暴应该是类似于太阳耀斑一样的能量爆发。

关于快速射电暴的起因,之前科学家提出了如下一些假说,仅供参考:

1、磁星磁场的变化导致的快速射电暴(类似于太阳耀斑):这是之前的主流观点;
2、中子星合并导致的快速射电暴:该理论能够解释一次性的快速射电暴,但是无法解释重复性的快速射电暴;
3、白矮星碰撞产生的快速射电暴;
4、大质量中子星的突然探索形成黑洞时产生的快速射电暴;

但是在最新的研究中,科学家却提出了新的理论:快速射电暴是发生在中子星上的地震

磁星的图示,它是发射快速射电暴的主要嫌疑人。(图片来源:美国宇航局)
磁星的图示,它是发射快速射电暴的主要嫌疑人。(图片来源:美国宇航局)

科学家了统计了最近的7000多次快速射电暴事件的时间-能量相关性的数据,同时也统计了地球上的地震和太阳耀斑的时间-能量相关性,并比较了这三种现象的结果。

快速射电暴的数据和地震有着惊人的相似性,而和太阳耀斑爆发却存在着明显差异。

结果显示,快速射电暴和地震存在如下相似之处:

1、单次事件发生余震的概率为10%~50%;
2、余震发生率随着时间推移而降低;
3、即使快速射电暴活动平均速率有很大的不同,但是余震的发生速率却始终恒定;
4、主震和余震的能量之间不存在相关性。

对于中子星快速射电暴的新认知,也让科学家了解到,中子星的表面上是存在一个固体地壳,类似于地球地壳一样的结构。

研究人员分析了快速射电暴和地震事件的时间和能量分布,并通过绘制余震可能性与时滞的函数关系,发现两者非常相似。图片来源:2023 T. Totani 和 Y. Tsuzuki
研究人员分析了快速射电暴和地震事件的时间和能量分布,并通过绘制余震可能性与时滞的函数关系,发现两者非常相似。
图片来源:2023 T. Totani 和 Y. Tsuzuki

那么为什么中子星上会发生地震(准确来讲应该是星震)呢?这种原因可能是多方面的,中子星是一种致密的天体,虽然它的表面非常光滑,但是中子星从诞生开始,就会不断地散失自身的能量,随着能量的散失,中子星可能会收缩,这个时候,坚硬的中子星外壳就会发生断裂,那么只有几毫米,也会产生巨大的瞬时能量释放。

又或者是中子星快速旋转中,也会因为旋转速度的变化,从而导致外壳破裂,进而释放出巨大的能量。

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