中国留学生发现银河系中心传来神秘信号，难以用任何已知现象解释
撰文 | 王昱
审校 | 王子腾（论文第一作者）
而昨天在《天体物理学杂志》上发表的论文中，悉尼大学的博士研究生王子腾所在的团队表示，他们在银心（Galactic Center）用射电波段发现了一种神秘信号，这种无线电信号很可能来自于一种全新的天体。
正确的地点，正确的望远镜
除了最中心的黑洞之外，银心本身就是一个神奇的地方。这里具有较高的恒星密度，具有活跃的恒星形成活动，是个寻找射电暂现源的好地方，这种天体往往突然发出射电辐射，很快就会再次回归沉寂。X射线双星（X-ray binary）和银心射电暂现源（Galactic Center Radio Transient，GCRT）等天体就是在银心区域发现的。
研究团队用澳大利亚平方千米阵探路者（Australian Square Kilometre Array Pathfinder，ASKAP）在银心区域展开了瞬变源与暂现源巡天（Variables and Slow Transients survey，ASKAP VAST survey）。相比于一般的射电望远镜阵列，ASKAP有着30平方度的巨大视场，可以更高效地进行巡天观测。ASKAP在划定的250平方度银心区域内不断监测着天体的射电信号。
ASKAP夜景，图片来源：Australia Telescope National Facility
2020年1月，研究团队发现了一个奇怪的信号，他们将这个源命名为ASKAP J173608.2-321635。“其异常之处在于信号偏振程度极高，即天体产生的光只在一个方向振荡，但振荡方向随时间旋转，”论文第一作者王子腾说，“信号的强度也有明显变化，变化幅度高达100倍，且变化是随机的。我们从未看到过类似的东西。”这个源随机重复出现，每次持续几天或数周。一直到2020年9月， ASKAP在888MHz的频段上共观测到这个源6次。
奇怪的信号
面对这个奇怪的信号，研究团队的第一反应是这可能是一个脉冲星。脉冲星是一类高度磁化的旋转致密天体，它的磁极会发出电磁辐射束。随着脉冲星旋转，电磁辐射束按照固定的时间间隔到达地球，我们就能看来自脉冲星固定时间间隔的射电信号。他们申请使用帕克斯射电望远镜（Parkes Radio Telescope）对这个源进行观测，每次观测持续30分钟，时间分辨率达到32µs，频率范围从704MHz延伸到4032MHz。但就算这样，研究团队还是没能找到脉冲星的痕迹。
值得一提的是，脉冲星本身也是由异常的射电信号发现的。1967年，当时也是博士研究生的约瑟琳·贝尔（Jocelyn Bell）用射电望远镜发现了一种神奇的周期性信号，这种信号严格按照1秒左右的周期跳动，她当时还将这个信号命名为“小绿人1号”（ Little Green Man 1）。信号的来源在几年后被证实是一颗快速旋转的脉冲星，这一成果在1974年被授予了诺贝尔物理学奖。
帕克斯射电望远镜的观测完成后，研究团队又尝试用位于南非的MeerKAT射电望远镜进行观测，它具有更高的灵敏度，频率范围是1.0-3.0GHz。“由于信号断断续续，我们每隔几周就观测这个源15分钟，希望能再看到这个源，”论文通讯作者塔拉·墨菲（Tara Murphy）教授说，“幸运的是，我们再次发现了这些信号，但是这次发现的信号的行为与上次发现的完全不同——这个信号在一天之内就消失了，而在先前ASKAP的观测中，这个信号持续了几周。”
利用澳大利亚SKA探路者射电望远镜观测的银河系中心的射电图像。小图展示了利用MeerKAT射电望远镜观测到的该源“亮”与“暗”的对比图。图片来源：王子腾
除此之外，研究团队还在更高频率的射电波段进行寻找，但收获寥寥。同时，他们也在近红外波段、X射线波段进行了寻找，还查找了射电信号的历史数据库，结果都没有找到对应天体。
研究团队总结出了这个射电源的特点：变化剧烈，其强度能在一周之内变化一百倍以上；能持续发射数周，却又能在一天之内完全消失；具有高度圆偏振和线偏振；没有脉动现象（脉冲星对应的现象）；在近红外和X射线波段没有对应体。
未知的来源
恒星、磁陀星、脉冲星和银心射电暂现源这几种天体都能发出射电信号，研究团队便对着这些源去寻找信号来自这些源的可能性。
太阳耀斑爆发时能发出较强的射电辐射，对其他恒星也是如此。但恒星同时会发射出红外辐射和X射线，在红外波段和X射线波段的研究并没能找到合适的对应体，也就排除了ASKAP J173608.2-321635是一颗恒星的可能。同时，磁陀星的频谱一般较为平坦，和ASKAP J173608.2-321635陡峭的频谱完全不同，这也排除了它是磁陀星的可能。同时，强烈的偏振排除了X射线双星的可能。而超新星的时间尺度往往长达数年，持续时间远长于ASKAP J173608.2-321635，并且同一个超新星不可能重复爆发，超新星的可能也就被排除了。
正如前文所说，帕克斯射电望远镜的高时间分辨率测量没有找到脉冲星的痕迹，这其实已经基本排除了ASKAP J173608.2-321635是一颗脉冲星的可能。但面对射电信号强烈的偏振和陡峭的频谱，研究团队还是认真考虑了脉冲星假设。他们发现，如果ASKAP J173608.2-321635是一颗周期超长的脉冲星，例如拥有几个小时的周期，就可能能逃脱他们现在的检测。当然也有可能是周期超短的脉冲星，如果它的脉冲信号因为星际介质的作用而变宽，也会导致无法探测，有很多未发现的脉冲星可能会是这种情况。但对于大多数已知脉冲星而言，它们不可能发出类似ASKAP J173608.2-321635的射电信号。
他们还讨论了引力透镜或等离子透镜等外部成因。但如果ASKAP J173608.2-321635是由这些效应造成的，每次这个源重新出现时的亮度应该千差万别。没有哪种已知的外部成因能产生符合这个源特点的射电辐射。
考虑到ASKAP J173608.2-321635在天球上距离银心只有4度，王子腾的另一位导师戴维·卡普兰（David Kaplan）教授表示：“我们已知的信息的确和另一种新兴的、谜一般的天体有些类似，这种天体被称为银心射电暂现源。”但ASKAP J173608.2-321635的辐射特征也并非完全符合银心射电暂现源的特征，更何况，银心射电暂现源本身的来源就是一个谜，研究团队还是没能找到这些射电信号的来源。
到论文发表时，研究团队在16个月的研究历程中共探测到ASKAP J173608.2-321635活跃了12次，但他们仍然无法确定这个源对应哪些天体，更不用说是由何种机制产生的。研究团队将持续关注ASKAP J173608.2-321635，期望能找到更多关于这个神秘射电源的线索。
参考链接：
Ziteng Wang et al 2021 ApJ 920 45
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac2360
https://phys.org/news/2021-10-strange-radio-emerge-galactic-centre.html
https://www.eurekalert.org/news-releases/931021
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