天文学家曾经认为所有快速射电暴（FRBs）均来自由年轻、巨大的恒星爆炸所形成的磁星。然而，新的FRB的发现对这一理论提出了质疑，因为它被追踪到一个古老的星系边缘，该星系已有113亿年历史，并且没有年轻星星。“当你觉得可以掌握一个天体物理现象时，宇宙总会给我们带来惊喜，”参与此次研究的研究人员评论道。
科学家首次将快速射电暴（FRB）追踪到一个非常古老、非活动的椭圆星系的边缘——这是一个通常与年轻星系相关联的现象所认为的异常环境。
这一开创性发现由西北大学和麦吉尔大学的研究人员主导的两项相关研究讨论，挑战了FRB只能在活跃星形成区域中发现的观念。最新的观测数据显示，这些神秘宇宙事件的起源可能比之前认为的更为多样。
这两篇研究论文将于周二（1月21日）在《天体物理学期刊快报》上发表。
“普遍的看法是，FRB起源于由核心塌缩超新星形成的磁星，”西北大学的塔拉内赫·埃夫特哈里（Tarraneh Eftekhari）解释道，她是其中一项研究的共同负责人。“然而，在这种情况下，我们没有观察到年轻星星的迹象，这与这个观点相矛盾。这个发现表明，并非所有FRB都与年轻星星有关，这暗示着可能存在与老旧系统相关的子集。”
“这一新的FRB表明，宇宙继续挑战我们对天体物理事件的理解，”西北大学的文菲·方（Wen-fai Fong）补充道，她是两项研究的资深作者。“这种与宇宙的‘对话’让我们的时间域天文学领域如此令人兴奋。”
埃夫特哈里在西北大学跨学科天体物理研究中心担任NASA爱因斯坦奖学金研究员，而方是西北大学温伯格文理学院物理与天文学副教授，同时也与CIERA有关。
CHIME外伸望远镜的首次应用
天文学家在2024年2月首次通过加拿大氢强度测绘实验（CHIME）探测到这枚新FRB，标记为FRB 20240209A。这些迅速而强烈的射电暴在毫秒内释放的能量超过了我们太阳一整年释放的能量。
值得注意的是，这个特定的FRB发射了额外的脉冲；从原始爆发到2024年7月，来自同一源的信号产生了21个脉冲，其中六个也被距离主要CHIME站60公里的外伸望远镜捕获。这些较小的望远镜使天文学家能够准确确定FRB的具体位置。
已识别出的最大FRB宿主星系
一旦团队准确定位FRB，埃夫特哈里及其同事迅速使用W.M.凯克和双子星天文台的望远镜调查周围环境。通过远程访问，西北大学的天文学家能够快速对这一引人注目的发现作出反应。
令他们惊讶的是，观测结果显示，FRB源自一颗距离地球仅20亿光年、已有113亿年历史的古老星系的边缘，而不是一颗年轻星系。
为了更好地理解这个不寻常的宿主星系，研究人员使用高性能计算机进行模拟。他们发现该星系的光度极其耀眼，质量也极其庞大——约为我们太阳的1000亿倍。
“这似乎是迄今为止已识别的最重的FRB宿主星系，”埃夫特哈里说。“它是现存最重的星系之一。”
遥远的家园
虽然大多数FRB发现于它们的宿主星系内部，但FRB 20240209A却被追踪到其星系中心130,000光年以外的地方，那里几乎没有其他恒星存在。
“与其他FRB相比，这个FRB位于距其星系中心最远的位置，”麦吉尔大学的研究生维什万吉·沙（Vishwangi Shah）指出，她主导了追踪FRB起源的工作。“这是既令人惊讶又引人深思，因为FRB通常发现于星系内部，通常在新星形成的区域。这个FRB距宿主星系如此遥远的位置引发了关于如此强烈的事件如何发生在星形成已停止的区域的问题。”
‘双生’FRBs
在此发现之前，仅有另一个FRB被定位在星系的边缘。2022年，天文学家在距离大约1200万光年的大螺旋星系梅西耶81（M81）外围的一个紧密星团中发现了一个FRB。尽管FRB 20240209A源自椭圆星系，但这两个事件具有几个相似之处。
“多年前，在一个被称为球状星团的密集星团内发现M81 FRB改变了我们的思维，促使我们调查FRB的其他起源场景，”方解释道。“自那时以来，我们认为这是一个独特的现象——直到现在。
“事实上，这个最新的CHIME FRB可能与M81的案例类似。它同样远离其宿主星系（以及星星形成的区域），而其宿主星系包含的星星是其辉煌过后的老化种群。这个老化的环境促使我们重新思考传统的FRB起源模型，并探索更有趣的形成可能性。”
在近100个已经分配到星系的FRB中，大多数可能来自通过核心塌缩超新星形成的磁星。然而，FRB 20240209A的起源可能与在M81发现的那颗相似。
可能的解释
麦吉尔大学的研究讨论了这一新的FRB可能源自一个密集的球状星团。这些星团是磁星的潜在诞生地，可能是通过与老旧恒星相关的其他过程形成的，例如两个中子星的合并或一个白矮星在自身引力下的崩溃。
“由于FRB重复出现，球状星团的起源似乎是解释其位于宿主星系外部位置的最合理解释，”沙表示。“我们目前不确定FRB所在位置是否存在球状星团，并且已提出使用詹姆斯·韦伯太空望远镜进行后续观测。如果发现一个，它将是已知的第二个源自球状星团的FRB。如果没有，我们将需要考虑有关FRB起源的其他非常规可能性。”
“显然，关于FRB仍然有许多令人着迷的发现等待我们去探索，”埃夫特哈里总结道，“而它们的周围环境可能包含破解其奥秘的关键线索。”
这两项研究的标题是“静止星系边缘的重复快速射电暴源”和“重复快速射电暴FRB 20240209A的庞大而静止的椭圆宿主星系”，得到了包括戈登和贝蒂·摩尔基金会、NASA和国家科学基金会在内的多个组织的支持。
