快速射電爆發（FRB）是在銀河係以外檢測到的持續時間為毫秒的事件。 FRB 的發射特徵有利於磁星作為其來源，銀河系磁星的類 FRB 爆發以及 FRB 宿主星系的恆星形成性質證明了這一點。然而，產生 FRB 源的過程仍然未知。根據新的研究，快速電波暴更有可能出現在大質量恆星形成星系中。研究還表明，磁星的磁場比地球強100萬億倍，通常是在兩顆恆星合併並隨後在超新星中爆炸時形成的。
這張蒙太奇照片顯示了 Deep Synoptic Array-110 的天線，該天線用於發現和精確定位快速電波暴 (FRB) 的位置。天線上方是一些 FRB 主星系在天空中出現的影像。這些星係是描述快速電波暴來源的非常大且具有挑戰性的模型。圖片來源：Annie Mejia / 加州理工學院。
「磁星的巨大能量輸出使它們成為宇宙中最迷人和最極端的天體之一，」主要作者、加州理工學院研究生剋里蒂·夏爾馬說。
「對於大質量恆星死亡時形成磁星的原因知之甚少。我們的工作有助於回答這個問題。
為了尋找快速電波暴，夏爾馬和同事使用了加州畢夏普附近歐文斯谷電波天文台的 Deep Synoptic Array-110 (DSA-110)。
迄今為止，龐大的電波陣列已偵測到 70 個 FRB 並將其定位到其特定的起源星系（只有 23 個 FRB 已被其他望遠鏡定位）。
在目前的研究中，研究人員分析了其中 30 個局部快速電波暴。
「DSA-110 使已知宿主星系的 FRB 數量增加了一倍以上。這就是我們建造陣列的目的，」加州理工學院的 Vikram Ravi 博士說。
儘管已知快速電波暴發生在正在活躍形成恆星的星系中，但令作者驚訝的是，快速電波暴往往更頻繁地發生在大質量恆星形成星系中，而不是小質量恆星形成星系中。
光是這一點就很有趣，因為天文學家之前認為快速電波暴會在所有類型的活躍星系中爆發。
有了這些新訊息，他們開始思考結果揭示了快速電波暴的哪些內容。
巨大的星系往往富含金屬，因為我們宇宙中的金屬（由恆星製造的元素）需要時間在宇宙歷史的過程中累積。
事實上，快速電波暴在這些富含金屬的星系中更為常見，這意味著快速電波暴的來源——磁星，在這些類型的星系中也更常見。
富含金屬的恆星——從天文學角度來說，是指比氫和氦重的元素——往往比其他恆星長得更大。
拉維博士說：“隨著時間的推移，隨著星系的生長，連續幾代的恆星在演化和死亡時會為星系豐富金屬。”
更重要的是，在超新星中爆炸並成為磁星的大質量恆星更常見是成對出現的。
事實上，84% 的大質量恆星都是雙星。因此，當雙星中的一顆大質量恆星因額外的金屬含量而膨脹時，其多餘的物質就會被拉到其夥伴恆星上，從而促進兩顆恆星的最終合併。
這些合併的恆星將具有比單顆恆星更大的組合磁場。
夏爾馬說：“金屬含量較高的恆星會膨脹，推動質量轉移，最終合併，從而形成一顆質量更大的恆星，其總磁場大於單顆恆星的磁場。”
總之，由於快速電波暴優先在大質量且富含金屬的恆星形成星系中觀察到，因此磁星（被認為會觸發快速電波暴）也可能在有利於兩顆恆星合併的富含金屬的環境中形成。
因此，結果暗示宇宙中的磁星起源於恆星合併的殘餘物。
未來，該團隊希望使用 DSA-110 以及最終的 DSA-2000 來搜尋更多的 FRB 及其起源地，DSA-2000 是一個更大的無線電陣列，計劃在內華達沙漠建造並於 2028 年完工。
「這個結果對於整個 DSA 團隊來說是一個里程碑。這篇論文的許多作者幫助建構了 DSA-110，」Ravi 博士說。
“事實上，DSA-110 非常擅長本地化 FRB，這對 DSA-2000 的成功來說是個好兆頭。”
這發現今天發表在雜誌上自然。
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K·夏爾馬等人。 2024年。自然635、61-66；二：10.1038/s41586-024-08074-9
