快速射电暴( 二 )

Physical Review Letters)于2015年12月23日以“Editors' Suggestion”(主编推荐)形式 , 发表了中国科学院紫金山天文台高能时域天文团组首席研究员吴雪峰和助理研究员魏俊杰、北京师範大学副教授高鹤与美国宾夕法尼亚州立大学教授Peter Mészáros(中科院2013年度爱因斯坦讲席教授)关于爱因斯坦等效原理的最新检验结果(Wei, Gao, Wu &Mészáros, 2015,Phys.Rev.Lett., 115, 261101) 。该项研究利用快速射电暴不同频率光子到达地球的时间差 , 精确验证了爱因斯坦广义相对论中的弱等效原理假设 。

快速射电暴

文章插图
三个FRB观测对后牛顿参数γ差值的限制结果虽然目前关于快速射电暴的物理起源尚不清楚 , 但是它们绝大多数爆发于高银纬处 , 而且它们的色散量要远远超过银河系星际介质的贡献 , 因此一般认为它们是河外起源甚至是宇宙学起源 。另一方面 , 快速射电暴的光变曲线一般呈现简单的单脉冲特徵 , 人们很容易得到不同射电频率光子的观测时间延迟 。吴雪峰等人由此提出河外或宇宙学起源的快速射电暴可以被用来精确检验爱因斯坦等效原理 。该工作利用一个快速射电暴FRB 110220和两个可能的快速射电暴与伽玛暴成协事件(FRB/GRB 101011A和FRB/GRB 100704A)为例 , 计算发现以不同频率的射电光子为检验粒子时 , 后牛顿参数γ的差值上限被限制到10量级 , 见下图 。这一结果是迄今为止的最好限制结果 , 比之前相关限制至少要提高了1-2个量级 , 并且把对爱因斯坦等效原理的检验扩展到了射电波段 , 从而进一步证明了爱因斯坦等效原理假设的正确性 。最新进展脉冲星和快速射电暴距离研究获进展天文研究中 , 测量天体到地球的距离通常很困难 , 但距离是最基本的参数 。脉冲星距离是进一步研究脉冲星起源、演化、分布以及辐射特性等所需最基本的参数 。目前已发现的两千多颗脉冲星中仅约有十分之一的脉冲星具有测量距离(不依赖于模型的距离) 。近年来 , 快速射电暴是天文观测中发现的一类起源未知的、色散量较大的、持续时间为毫秒级的射电脉冲 。快速射电暴的距离对分析其起源以及与银河系的位置关係(河内源或河外源)非常重要 。已探测到的17个快速射电暴中有红移测量的仅为两个 。脉冲星发现不久 , 科学家发现使用脉冲星测量距离以及色散量(DM)可构建银河系的电子密度模型 。套用此模型可估测所有具有色散量测量的银河系内脉冲星的距离 , 且模型距离的精度极大依赖于已知距离测量的脉冲星数目、準确度 。最近的银河系电子密度模型是NE2001模型 , 此模型主要描述了银河系内自由电子密度的分布 。近期 , 中国科学院新疆天文台博士生姚菊枚构建了新的电子密度模型(简称YMW16) 。相对已有模型 , 通过近十多年观测 , YMW16具备以下有利条件:一、具有测量距离的脉冲星数目增加了一倍 , 且银河繫结构参数精度提高;二、麦哲伦云脉冲星数目增加 , 对麦哲伦云结构认识得到提高;三、发现快速射电暴 , 研究了星系际介质自由电子密度的分布 。研究人员紧抓时机 , 提出的YMW16不仅提高了银河系脉冲星模型距离精度 , 在95%的置信区间範围内优于NE2001近40% , 且是第一个可用于估测麦哲伦云脉冲星及快速射电暴距离的模型 。姚菊玫在澳大利亚天文台教授R. N. Manchester与导师王娜的指导下 , 完成这项工作 。相关研究成果已发表在《天体物理学杂誌》(The Astrophysical Journal , 2017, 835, 29)上 。今后 , 具有测量距离的脉冲星数目的增加、更準确的银河繫结构以及更多快速射电暴红移的测量 , 将有助于人们进一步检测和提高YMW16对距离估计的精度 。天文学家观测到迄今最明亮的“快速射电暴”美国加州理工学院天文学家维克拉姆-拉维(Vikram Ravi)和同事探测到迄今最明亮的快速射电暴(FRB) 。快速射电暴是一种持续仅几毫秒的强射电束 , 其神秘起源仍是一个谜团 。