快速射电爆发（FRB）是在银河系以外检测到的持续时间为毫秒的事件。 FRB 的发射特征有利于磁星作为其来源，银河系磁星的类 FRB 爆发以及 FRB 宿主星系的恒星形成性质就证明了这一点。然而，产生 FRB 源的过程仍然未知。根据新的研究，快速射电暴更有可能出现在大质量恒星形成星系中。该研究还表明，磁星的磁场比地球强100万亿倍，通常是在两颗恒星合并并随后在超新星中爆炸时形成的。
这张蒙太奇照片显示了 Deep Synoptic Array-110 的天线，该天线用于发现和精确定位快速射电暴 (FRB) 的位置。天线上方是一些 FRB 主星系在天空中出现的图像。这些星系是描述快速射电暴来源的非常大且具有挑战性的模型。图片来源：Annie Mejia / 加州理工学院。
“磁星的巨大能量输出使它们成为宇宙中最迷人和最极端的天体之一，”主要作者、加州理工学院研究生克里蒂·夏尔马说。
“对于大质量恒星死亡时形成磁星的原因知之甚少。我们的工作有助于回答这个问题。”
为了寻找快速射电暴，夏尔马和同事使用了加州毕夏普附近欧文斯谷射电天文台的 Deep Synoptic Array-110 (DSA-110)。
迄今为止，庞大的射电阵列已检测到 70 个 FRB 并将其定位到其特定的起源星系（只有 23 个 FRB 已被其他望远镜定位）。
在当前的研究中，研究人员分析了其中 30 个局部快速射电暴。
“DSA-110 使已知宿主星系的 FRB 数量增加了一倍多。这就是我们构建阵列的目的，”加州理工学院的 Vikram Ravi 博士说。
尽管已知快速射电暴发生在正在活跃形成恒星的星系中，但令作者惊讶的是，快速射电暴往往更频繁地发生在大质量恒星形成星系中，而不是小质量恒星形成星系中。
仅这一点就很有趣，因为天文学家之前认为快速射电暴会在所有类型的活跃星系中爆发。
有了这些新信息，他们开始思考结果揭示了快速射电暴的哪些内容。
巨大的星系往往富含金属，因为我们宇宙中的金属（由恒星制造的元素）需要时间在宇宙历史的过程中积累起来。
事实上，快速射电暴在这些富含金属的星系中更为常见，这意味着快速射电暴的来源——磁星，在这些类型的星系中也更常见。
富含金属的恒星——从天文学角度来说，是指比氢和氦重的元素——往往比其他恒星长得更大。
拉维博士说：“随着时间的推移，随着星系的生长，连续几代的恒星在演化和死亡时会为星系丰富金属。”
更重要的是，在超新星中爆炸并成为磁星的大质量恒星更常见是成对出现的。
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由于额外的金属含量而膨胀时，其多余的物质就会被拉到其伙伴恒星上，从而促进两颗恒星的最终合并。
这些合并的恒星将具有比单个恒星更大的组合磁场。
夏尔马说：“金属含量较高的恒星会膨胀，推动质量转移，最终合并，从而形成一颗质量更大的恒星，其总磁场大于单个恒星的磁场。”
总之，由于快速射电暴优先在大质量且富含金属的恒星形成星系中观察到，因此磁星（被认为会触发快速射电暴）也可能在有利于两颗恒星合并的富含金属的环境中形成。
因此，结果暗示宇宙中的磁星起源于恒星合并的残余物。
未来，该团队希望使用 DSA-110 以及最终的 DSA-2000 来搜寻更多的 FRB 及其起源地，DSA-2000 是一个更大的无线电阵列，计划在内华达沙漠建造并于 2028 年完工。
“这一结果对于整个 DSA 团队来说是一个里程碑。这篇论文的许多作者都帮助构建了 DSA-110，”Ravi 博士说。
“事实上，DSA-110 非常擅长本地化 FRB，这对 DSA-2000 的成功来说是个好兆头。”
这发现今天发表在杂志上自然。
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K·夏尔马等人。 2024年。快速射电暴优先出现在大质量恒星形成星系中。自然635、61-66；二：10.1038/s41586-024-08074-9
