神秘的快速射电爆发可能是由小行星撞击死亡恒星引起的

一颗小行星撞击中子星可能会释放出足够人类使用一亿年的能量，这足以解释快速射电爆发。

科学家发现，当小行星撞击被称为中子星的超高密度极端死亡恒星时，可能会产生被称为快速射电爆发（FRB）的神秘能量爆炸。这样的碰撞释放出的能量足以满足人类一亿年的电力需求！

FRB是无线电波的瞬态脉冲，可以持续几分之一的时间一毫秒到几秒。在此期间，快速射电暴可以释放与太阳几天才能辐射的能量相同的能量。

第一个 FRB 于 2007 年被观测到，从那时起，这些能量爆炸一直保持着神秘的光环，因为它们很少被发现，直到 2017 年。那一年，加拿大氢强度测绘实验 (CHIME ）上线并开始频繁发现 FRB。

“到目前为止，快速射电暴还无法解释，关于它们的来源有超过 50 种潜在的假设 - 我们已经统计过了！”团队负责人、多伦多大学科学家 Dang Pham 告诉 Space.com。

之前已经提出过快速射电暴与小行星以及彗星撞击中子星之间可能存在的联系。范及其同事的这项新研究进一步巩固了这种联系。

“多年来人们都知道，小行星和彗星撞击中子星会引起类似FRB的信号，但直到现在，还不清楚这种情况在整个宇宙中是否经常发生，足以解释我们观察快速射电暴的发生，”范说。 “我们已经证明，星际天体 (ISO) 是一类尚未被研究的小行星和彗星，被认为存在于整个宇宙星系中的恒星之间，其数量可能足够多，以至于它们与中子星的撞击可以解释快速射电暴！”

范补充说，该团队的研究还表明，这些影响的其他预期特性与快速射电暴的观测结果相匹配，例如它们的持续时间、能量以及它们在整个过程中发生的速率。 宇宙的一生。

问题是：尽管小行星撞击可能是毁灭性的（只要问恐龙），它们怎么可能释放相同的物质一颗恒星需要几天时间才能辐射出多少能量？

极端的恒星意味着极端的爆炸

中子星是在大质量恒星死亡且其核心塌陷时产生的，形成了太阳质量的致密天体，其宽度仅不大于地球上的平均城市。

结果是恒星残骸极端特性，例如已知宇宙中密度最大的物质（如果带到地球上，一茶匙重达 1000 万吨）以及宇宙中最强的磁场，比地球磁场强数万亿倍磁层。

“中子星是极端的地方，超过太阳的质量被挤压成一个直径约 12 英里（20 公里）的球体，赋予它们宇宙中最强的引力和磁场，”团队成员、牛津大学天体物理学家马修·霍普金斯告诉 Space.com。 “这意味着当小行星或彗星坠落到小行星或彗星上时，会释放出大量的势能，其形式是无线电波的闪光，亮度足以在整个宇宙中看到。”

那么，我们在这里讨论的是多少能量？考虑到这一点，让我们把小行星换成更甜的东西。

根据美国宇航局戈达德飞行中心的说法，如果将一个正常大小的棉花糖扔到中子星表面，死亡恒星的引力影响是如此之大，以至于棉花糖的速度会加速到数百万英里每小时。这意味着当棉花糖撞击中子星时，碰撞释放的能量相当于一千枚氢弹同时爆炸的能量！

小行星/中子星粉碎释放的能量到底有多少取决于几个因素。

霍普金斯补充说：“释放的能量取决于小行星的大小和中子星的磁场强度，两者的差异可能很大，达几个数量级。” “对于直径为 0.62 英里（1 公里）的小行星和表面磁场强度超过地球磁场强度一万亿倍的中子星，我们计算出释放的能量约为 10^29 焦耳（即 10 后跟 28 个零）

“这是一个巨大的数字，大约是全人类一年使用的能源总量的一亿倍！”

显然，小行星撞击中子星可以释放足够的能量来解释快速射电暴，但这些碰撞是否足够频繁以解释快速射电暴的观测？

小行星能否“组合攻击”中子星以产生重复的快速射电暴？

天文学家已经检测到天空各处的快速射电暴，一些科学家估计每天在地球上空的随机点可能会出现 10,000 个快速射电暴。如果这个团队是对的，那么中子星和小行星之间就会发生很多次碰撞。

银河系中的星际岩石肯定足够丰富，足以解释这一速率；仅在我们的银河系中就有大约 10^27（10 个后面跟着 26 个零）。但它们多久遇到一次中子星呢？

范说：“一颗中子星与星际物体之间的碰撞很少见。我们估计银河系中大约每 1000 万年发生一次碰撞。” “然而，星系中的中子星很多，星系也很多！综合起来，我们发现宇宙中的中子星与星际物体的碰撞率与目前观测到的FRB率相当。”

此外，研究人员指出，中子星和星际物体的数量随着宇宙的寿命而增加。这意味着中子星和星际物体碰撞的速度也应该随着宇宙时间的推移而增加。

“如果这个模型是正确的，那么我们应该观察到 FRB 速率随着宇宙年龄的增长而增加，”范说。 “这仍然是一个开放的研究问题，可以从更多的观察中受益！”

即使这个理论是正确的，它也不能回答有关快速射电暴的所有问题。这主要是因为这些高能无线电波爆炸有两种类型。

到目前为止，我们一直在讨论单次快速射电暴。然而，也存在多次发射的重复快速射电暴。小行星入侵也能解释重复的快速射电暴吗？

霍普金斯解释说：“我们发现这个模型无法解释重复的快速射电暴，因为中子星与星际岩石的碰撞是罕见的随机事件。” “单个中子星与星际物体相撞的情况很少见。相比之下，重复的快速射电暴通常以更快的速度发生，有些观测到每小时两次爆发！”

先前的研究表明，如果单次快速射电暴是由中子星和小行星之间的碰撞引起的，那么重复的快速射电暴可能代表这些死亡恒星与小行星带相撞，就像我们的火星和木星之间的u>太阳系。

“围绕这个想法仍然存在一些争论，特别是关于这些碎片场必须有多密集。这种情况超出了我们在模型中考虑的情况，即中子星与星际物体相撞，”范说。 “需要进一步的观察来了解快速射电暴的排放机制及其来源。”

范和霍普金斯指出，中子星与星际物体的碰撞率取决于发生碰撞的星系类型，例如椭圆星系或螺旋星系。这意味着天文学家将需要观测更多的快速射电暴，并将它们追踪回宿主星系，以确定哪种类型的星系与这些能量爆发最相关。

“了解 FRB 速率随宇宙时间的演变也可以帮助我们更多地了解这个模型，”范补充道。 “更多的快速射电暴观测也可能对这些事件的能量有更多的限制，这将告诉我们快速射电暴是如何发射的。”研究小组告诉 Space.com，这将通过 FRB 观测项目来完成，例如 CHIME、加拿大氢观测站和无线电瞬态探测器 (CHORD) 以及澳大利亚平方公里阵列探路者 (ASKAP) 。

范总结道：“限制星际物体在星系中的分布情况的额外工作也将为我们提供更好的信息，了解中子星与宇宙中这些物体发生碰撞的频率。”

该团队的研究结果已被《天体物理学杂志》接受发表。该团队论文的预印本版本可在存储库网站 arXiv 上获取。

最初发布于Space.com。