一個長達十年的射電之謎終於被解開了：天文學家將重複脈衝與緊密軌道運行的一顆白矮星和一顆紅矮星聯繫起來。每兩小時，它們的磁相互作用就會產生射電爆發，這種現象以前只與中子星有關。這一發現重塑了我們對長周期射電瞬變及其起源的理解。
藝術家描繪的紅矮星（左）和白矮星（中）相互繞轉的景象。這兩顆恆星的軌道非常緊密，以至於它們的磁場會相互作用，每兩小時就會產生一次射電脈衝。圖片來源：Daniëlle Futselaar/artsource.nl
一個國際天文學家團隊，包括西北大學天體物理學家，已經確定了十年前首次發現的神秘無線電脈衝的來源。
這些脈衝每兩小時出現一次，追蹤到北斗七星附近的區域。通過分析來自多個望遠鏡的數據，研究人員確定這些信號來自一個意想不到的來源——一個包含一顆死星的雙星系統。
該系統由一顆紅矮星和一顆白矮星組成，這兩顆星彼此繞轉，軌道非常近，因此它們的磁場會相互作用。每兩小時，當它們的磁場發生碰撞時，就會產生強大的射電爆發。
到目前為止，長周期射電脈衝僅與中子星有關。這一發現表明雙星系統也能產生這些信號，拓展了我們對此類爆發如何發生的理解。該研究結果於3月12日發表在《自然天文學》雜誌上。
「有幾顆高度磁化的中子星，或稱磁星，已知它們會發出周期為幾秒鐘的射電脈衝，」西北大學天體物理學家、研究合著者查爾斯·基爾派屈克(Charles Kilpatrick)說道。「一些天體物理學家還認為，由於這些源在旋轉，因此它們可能會以固定的時間間隔發射脈衝，因此我們只有在源朝向我們旋轉時才能看到射電發射。現在，我們知道至少有一些長周期射電瞬變來自雙星。我們希望這能激勵射電天文學家定位可能來自中子星或磁星雙星的新類型源。」
基爾派屈克是西北大學天體物理跨學科探索與研究中心的研究助理教授。澳大利亞雪梨大學的博士後學者艾里斯·德·魯伊特領導了這項研究。在進行這項研究時，她是荷蘭阿姆斯特丹大學的一名博士生。
位於德倫特省埃克斯洛的 LOFAR部分區域。圖片來源：LOFAR
德魯伊特去年在梳理低頻陣列(LOFAR)檔案時首次發現了這些脈衝。低頻陣列是地球上觀測到的最低頻率下運行的最大射電望遠鏡。通過查看數據，她發現第一個脈衝出現在2015年。當她隨後篩選來自同一天空區域的更多檔案數據時，德魯伊特又發現了六個脈衝。
就像一道短暫的閃光——但以無線電形式出現——每個脈衝持續時間從幾秒到幾分鐘不等。奇怪的是，脈衝以規律的間隔重複，就像一個每兩小時滴答一次的宇宙鍾。近年來，天文學家發現了越來越多的快速射電暴(FRB)。然而，我們討論的這種無線電脈衝是一種罕見得多的事件。
「無線電脈衝與 FRB非常相似，但它們的長度各不相同，」基爾派屈克說。「脈衝的能量比 FRB低得多，通常持續幾秒鐘，而 FRB則持續幾毫秒。還有一個主要問題，即長周期無線電瞬變和 FRB之間是否存在連續的物體，或者它們是否是不同的群體。」
德魯伊特和她的團隊對脈衝的來源感到好奇，並從亞利桑那州的 MMT天文台和德克薩斯州的麥克唐納天文台獲得了後續觀測結果。這些觀測表明，脈衝的來源不是一顆閃爍的恆星，而是兩顆一起脈衝的恆星。這兩顆恆星距離地球僅1600光年，繞著一個共同的重心旋轉，每125.5分鐘旋轉一圈。
德克薩斯大學奧斯汀分校麥克唐納天文台的霍比-埃伯利望遠鏡上方，星跡圍繞北極星旋轉。圖片來源：Ethan Tweedie攝影
為了證實這些發現，基爾派屈克利用西北大學對亞利桑那州多鏡面望遠鏡(MMT)的遠程訪問權限，對該系統進行了長達兩小時的全程觀測。「西北大學對 MMT的私人訪問權限使這項*科學研究成為可能，否則這是不可能的，」他說。
這些觀測讓基爾派屈克能夠追蹤系統運動的變化，並獲得紅矮星的光譜。通過獲取恆星發出的光並將其分解成其組成顏色（或光譜），基爾派屈克能夠獲得有關恆星本身的信息。
「這些數據中的光譜線讓我們能夠確定，紅矮星正以與射電脈衝完全相同的兩小時周期快速來回移動，」基爾派屈克說。「這是紅矮星位於雙星系統中的有力證據。」
這種「來回」運動似乎是由於伴星的引力將紅矮星拉來拉去。通過精確計算這些運動的變化，基爾派屈克測量了這顆暗得多的伴星的質量。計算出的質量與白矮星的典型質量一致。雖然白矮星的質量範圍可以從低到中等，就像我們的太陽一樣，但紅矮星總是小得多，溫度也低得多。
「在幾乎所有情況下，它的質量以及太暗而無法看到的事實都意味著它一定是一顆白矮星，」基爾派屈克說。「這證實了白矮星雙星起源的主要假設，也是我們掌握的長周期射電瞬變前身系統的第一個直接證據。」
未來，天文學家計劃更詳細地研究雙星源（ILTJ1101）的紫外線輻射。研究結果可能有助於確定白矮星的溫度，並揭示更多有關白矮星和紅矮星的歷史。
「為這個謎題添加新的部分特別酷，」德魯伊特說。「我們與來自各個天文學領域的專家合作。通過不同的技術和觀察，我們一步步接近解決方案。」
