奇特的太空重复射电爆发之谜被解开：由红矮星和白矮星组成的双星系统

这幅艺术家的印象图展示了天蝎座（AR Scorpii）这个奇特的天体。 在这颗独特的双星中，一颗快速旋转的白矮星（右）将电子的速度提升到了几乎光速。 这些高能粒子释放出的辐射冲击着伴生的红矮星（左），导致整个系统每隔 1.97 分钟就出现一次从紫外线到射电辐射的剧烈脉冲。 资料来源：M. Garlick，华威大学，ESO，编辑

自 2022 年以来，天文学家一直对来自太空深处的一阵阵强烈射电波感到困惑，这些射电波每隔一段时间就会缓慢地重复一次。 这些信号与以往所见的任何信号都不同，打破了人们对此类宇宙现象如何运作的传统理解。

最新研究首次追溯到了其中一个神秘信号的来源：一颗被称为红矮星的普通轻质恒星。 它似乎与一颗白矮星处于双星轨道上--白矮星是类似太阳的恒星在剧烈爆炸中死亡时留下的致密内核。

2022 年，我们的团队有了重大发现：来自太空的周期性射电脉冲每 18 分钟重复一次。 这些脉冲串异常明亮，比附近的任何东西都要耀眼。 闪烁了三个月后，它们消失得无影无踪。

我们知道，一些重复的无线电信号来自被称为射电脉冲星的中子星。 这些恒星快速旋转，通常每秒旋转一次，甚至更快，像灯塔一样发出无线电波束。 然而，根据我们目前的理解，一颗脉冲星的旋转速度慢至每 18 分钟一次，根本不应该产生无线电波。

这一意想不到的发现表明，我们可能正在面对一种全新的天文现象--或者说，我们对脉冲星如何发射无线电波的理解需要重新考虑。从那时起，我们发现了更多缓慢闪烁的射电源。 现在已知的"长周期射电瞬变源"大约有十个。然而，仅仅发现更多的"长周期射电瞬变体"还不足以解开谜团。

默奇森宽视场阵列（Murchison Widefield Array）的一个组成部分，这是一台位于西澳大利亚的射电望远镜，以低射电频率观测天空。 资料来源：ICRAR / 科廷大学

搜寻银河系的外围

到目前为止，每一个射电源都是在银河的深处被发现的。这使得我们很难弄清楚是哪种恒星或天体产生了无线电波，因为在一个狭小的区域内有成千上万颗恒星。 它们中的任何一颗都可能产生信号，或者都不产生信号。

因此，我们开始利用位于西澳大利亚的默奇森宽视场阵列射电望远镜对天空进行扫描。 科廷大学的一名本科生 Csanád Horváth 处理了覆盖半个天空的数据，在银河系人烟稀少的区域寻找这些难以捉摸的信号。

果然，我们发现了一个新的信号源！ 它被命名为 GLEAM-X J0704-37，和其他长周期射电瞬变体一样，会产生长达一分钟的无线电波脉冲。 然而，这些脉冲每2.9小时才重复一次，因此它是迄今为止发现的最慢的长周期射电瞬变体。

由低分辨率的 MWA（洋红色圆圈）和高分辨率的 MeerKAT（青色圆圈）观测到的射电波源。 白圈是我们银河系中的所有恒星。 图片来源：Hurley-Walker 等人 2024 / Astrophysical Journal Letters

精确定位无线电波源

我们利用南非的MeerKAT望远镜进行了后续观测，这是南半球最灵敏的射电望远镜。 这些无线电波准确地定位了无线电波的位置：它们来自一颗红矮星。 这些恒星非常常见，占银河系恒星的 70%，但它们非常暗淡，肉眼无法看到任何一颗。

结合默奇森宽视场阵列（Murchison Widefield Array）的历史观测数据和新的 MeerKAT 监测数据，我们发现脉冲以一种重复的模式早一点和晚一点到达。 这很可能表明无线电发射器并不是红矮星本身，而是与它处于双星轨道上的一个看不见的天体。

根据以往对恒星演化的研究，我们认为这个看不见的无线电发射器最有可能是一颗白矮星，它是像我们太阳这样的中小型恒星的最终终点。 如果它是一颗中子星或黑洞，那么产生它的爆炸会非常巨大，应该会扰乱轨道。

AR Sco 系统的艺术家印象图：红矮星和白矮星的双星相互作用产生射电辐射。

双星系统在无线电波产生中的作用

那么，红矮星和白矮星是如何产生无线电信号的呢？

红矮星可能会像我们的太阳一样，产生由带电粒子组成的恒星风。 当星风撞击到白矮星的磁场时，就会被加速，产生无线电波。

这可能类似于太阳的恒星风与地球磁场相互作用，产生美丽的北极光，以及低频无线电波。

继续寻找答案

我们已经知道了一些类似的系统，比如AR Scorpii，其中红矮星亮度的变化意味着伴星白矮星每两分钟就会向它发射一束强大的无线电波。 这些系统都不像长周期射电瞬变那样明亮，也不像长周期射电瞬变那样缓慢，但也许随着我们发现更多的例子，我们就能找出一个统一的物理模型来解释所有这些系统。

另一方面，可能有许多不同种类的系统可以产生长周期射电脉冲。无论如何，我们已经领悟到了期待意外的力量--我们将继续扫描天空，以解开这个宇宙之谜。

作者：娜塔莎-赫尔利-沃克（Natasha Hurley-Walker），科廷大学射电天文学家。

改编自最初发表于 The Conversation.的文章。