天文學家揭開宇宙燈塔之謎：白矮星發射神秘無線電波

經過長達十年的探索，天文學家終於解開了一個無線電波的謎團：他們發現重複的無線電脈衝來自一對緊密繞行的白矮星和紅矮星。這對雙星系統每兩小時就會因磁場互動作用而產生無線電波爆發，這種現象過去僅被認為與中子星有關。這項發現徹底改變了我們對長週期無線電瞬變現象及其起源的理解。

由國際天文學家組成的團隊，包括西北大學的天體物理學家，成功定位了十年前首次偵測到的神秘無線電脈衝來源。這些每兩小時出現一次的脈衝，被追蹤到大熊座附近的一個區域。透過分析多臺望遠鏡的資料，研究人員確定這些訊號來自一個意想不到的來源——一顆死亡恆星組成的雙星系統。

該系統由一顆紅矮星和一顆白矮星組成，它們的軌道非常接近，以至於磁場會相互影響。每兩小時，當它們的磁場發生碰撞時，就會產生強大的無線電波爆發。過去，長週期無線電脈衝僅被認為與中子星有關，但這項發現揭示了雙星系統也能產生這些訊號，擴充套件了我們對這類爆發現象的理解。

這項研究於3月12日發表在《自然天文學》期刊上。西北大學的天體物理學家兼研究共同作者查爾斯·基爾帕特里克表示：「我們知道一些高度磁化的中子星，也就是磁星，會以幾秒的週期發射無線電脈衝。現在，我們至少知道部分長週期無線電瞬變現象來自雙星系統。我們希望這能激勵無線電天文學家定位更多可能來自中子星或磁星雙星系統的新類別來源。」

該研究由澳洲雪梨大學的博士後學者艾瑞斯·德·魯伊特主導。她去年在梳理低頻陣列（LOFAR）的檔案資料時首次發現了這些脈衝。LOFAR是目前地球上能觀測到最低頻率的最大無線電望遠鏡。在查閱資料時，她發現第一個脈衝出現在2015年。隨後，她在同一片天空的檔案資料中又發現了六個脈衝。

這些無線電脈衝就像短暫的閃光，但以無線電波的形式出現，每次持續時間從幾秒到幾分鐘不等。奇怪的是，這些脈衝以固定的間隔重複出現，就像一個每兩小時響一次的宇宙時鐘。近年來，天文學家發現了越來越多的快速無線電爆發（FRBs），但這些無線電脈衝卻是極為罕見的事件。

基爾帕特里克指出：「這些無線電脈衝與FRBs非常相似，但它們的長度不同。這些脈衝的能量比FRBs低得多，通常持續幾秒鐘，而FRBs僅持續幾毫秒。目前仍有一個主要問題：長週期無線電瞬變現象和FRBs之間是否存在連續性，或者它們是否屬於不同的群體。」

為了探究這些脈衝的來源，德·魯伊特和她的團隊從亞利桑那州的MMT天文臺和德克薩斯州的麥克唐納天文臺獲得了後續觀測資料。這些觀測揭示了來源並非一顆閃爍的恆星，而是兩顆共同脈動的恆星。這對恆星距離地球僅1600光年，它們圍繞一個共同的重心執行，每125.5分鐘完成一次完整的公轉。

為了確認這些發現，基爾帕特里克利用西北大學對亞利桑那州多鏡面望遠鏡（MMT）的遠端訪問許可權，在系統的完整兩小時週期內進行了觀測。他表示：「西北大學對MMT的私人訪問許可權使這項科學研究成為可能，否則這將無法實現。」

這些觀測讓基爾帕特里克能夠追蹤系統運動的變化，並從紅矮星獲取光譜資料。透過將恆星發出的光分解成其組成顏色（或光譜），基爾帕特里克能夠獲得有關恆星本身的資訊。他說：「這些資料中的光譜線讓我們確定紅矮星以與無線電脈衝完全相同的兩小時週期快速來回移動。這是有力的證據，表明紅矮星處於雙星系統中。」

這種來回運動似乎是由伴星的引力將紅矮星拉動所致。透過精確計算這些運動的變化，基爾帕特里克測量了較暗伴星的質量。計算出的質量與白矮星的典型質量相符。雖然白矮星的質量範圍可以從低到中等，類似我們的太陽，但紅矮星總是更小且更冷。

基爾帕特里克表示：「在幾乎所有情況下，它的質量和它太暗而無法被看到的事實意味著它必須是一顆白矮星。這證明瞭白矮星雙星起源的主要假設，也是我們對長週期無線電瞬變現象前身系統的首個直接證據。」

未來，天文學家計劃更詳細地研究這對雙星系統（名為ILTJ1101）的紫外線輻射。這些發現可能有助於確定白矮星的溫度，並揭示更多關於白矮星和紅矮星的歷史。

德·魯伊特表示：「能夠為這個謎題新增新的部分特別令人興奮。我們與來自各種天文學領域的專家合作。透過不同的技術和觀測，我們一步步接近解決方案。」

進一步探索：參考文獻：I. de Ruiter等人，《來自白矮星雙星系統的週期性無線電脈衝》，2025年3月12日，《自然天文學》。DOI: 10.1038/s41550-025-02491-0。該研究部分基於由ASTRON設計和建造的國際LOFAR望遠鏡（ILT）獲得的資料。