最遥远星系的炫目闪光?研究半天研究出个垃圾

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这,原本应当是个非常简单的故事。 2020年初的一个普通的工作日,北大天文系骨干江林华正带领着团队,观测一个编号为GN-z11的星系。GN-z11位于大熊座之中,先前的测定表明它距离地球大约320亿光年,诞生于宇宙最早期,是人类目前能够看到的最遥远星系。


这,原本应当是个非常简单的故事。

 

2020年初的一个普通的工作日,北大天文系骨干江林华正带领着团队,观测一个编号为GN-z11的星系。GN-z11位于大熊座之中,先前的测定表明它距离地球大约320亿光年,诞生于宇宙最早期,是人类目前能够看到的最遥远星系。

最遥远星系的炫目闪光?研究半天研究出个垃圾

哈勃空间望远镜拍摄到的GN-z11,它发出的光存在于134亿年前丨

hubblesite.org

江林华团队试图利用坐落在夏威夷的凯克(Keck)望远镜,对这个星系进行一个精确测距。这一星系的任何观测结果,对天文学研究鸿蒙时期的宇宙都具有至关重要的意义。

 

按照原本的计划,江林华只需要做一段时间的观测,然后总结一下数据,得到一个更精准的数值,最后完成他的论文就可以了。不曾想,突然出现的一道闪光打乱了所有的步骤

 

这个神秘的闪光到底是什么?它是宇宙黎明时期的信号吗?江林华团队陷入了沉思之中。

 

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事情,没那么简单丨GIphy

  人类探测到的

最遥远、最古老的伽马暴?  

整体来说宇宙还是很平和的,但偶尔也会发发脾气。大质量恒星垂暮之时发生爆炸,或者黑洞、中子星等密度最高的天体之间发生合并的时候,往往伴随着大量伽马射线的爆发,这就是伽马射线暴(简称伽马暴)。

 

伽马暴并不常见,能拿来研究的数据也非常少,在天文学领域算得上是一片尚待耕耘的沃土。而江林华看到的闪光信号如此强烈,一般来说,能够形成它的要么是信号干扰,比如反光或者电噪声;要么就是猛烈的天文事件,比如伽马暴

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恒星演化末期的艺术图,在恒星坍缩的过程中能量可能会沿中心旋转轴向外释放,从而形成伽马暴丨national Science Foundation

团队成员立即开始调查闪光是哪儿来的。由于高速移动的近地天体所造成的反光,将会在探测器中留下一条有展宽的亮纹,而他们所看到的闪光却并没有展宽,所以应该不是小行星或人造卫星的反光。后来他们也查了查数据库,确实没有小行星和人造卫星的踪影。最终他们认为这是一次伽马暴事件。这意味着,这是人类探测到的最遥远、最古老的伽马暴。这一发现被迅速刊登在了《自然·天文》杂志上。

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对于那些近地天体造成的闪光信号,它们的图像是向上下两侧延展的,而不是只有中间狭窄的亮纹丨Jiang et al. 2021

论文一经发表,立即在天文界引起一场轩然大波,这一发现可能为早期宇宙演化的研究带来众多重要成果,并且挑战了许多现有的理论预测。但它真的是百亿年难得一遇的闪光吗?

 

查尔斯·路易斯·斯坦哈特(Charles Louis Steinhardt)在丹麦哥本哈根大学尼尔斯‧玻尔研究所宇宙黎明研究中心工作,他读完江林华的论文,心里面总觉得不太对劲

 

  百亿年难得一遇的闪光竟然很常见?  

斯坦哈特的团队起初对江林华的发现非常感兴趣,但总觉得自己似乎也见过类似的信号。他们索性将凯克望远镜的观测数据都筛选了一遍。果不其然,斯坦哈特找到了好几个几乎一模一样的“闪光”

 

斯坦哈特团队仔细研究了这些新发现的“闪光”,发现它们的光谱特征和太阳光谱有着同样的形状。经过计算,他们认为这些闪光都是轨道较高的人造地球卫星反射的阳光

 

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新发现的“闪光”,具有和太阳光谱一致的特征谱线(左下图中的Paβ线),因此是人造卫星反射太阳光的概率很高丨

SteinHardt et al. 2021

斯坦哈特并没有在论文中对GN-z11闪光本身进行重新分析,这个闪光跟他们发现的新“闪光”也不在同一个观测波段。斯坦哈特只是在文中提及,GN-z11的闪光同此波段的太阳光谱也符合得很好。

 

这一漏洞被江林华抓住并指了出来,他和团队迅速发文回应,明确指出:你找到的那些“闪光”是反射太阳光,并不能直接说明GN-z11闪光也是反光,这没有任何逻辑

 

江林华乘胜追击,他发现斯坦哈特找到的“闪光”所发生的位置,并没有对应的星系,而GN-z11却是实实在在存在于大熊座之中的。这说明斯坦哈特的“闪光”压根一开始就没可能是伽马暴。江林华的团队还顺便指出了对方的错误——那些“闪光”理应是轨道较低的人造卫星或者飞行器反射的太阳光,而不是高轨天体。

 

百亿年难遇的闪光这么常见固然离谱,但斯坦哈特的团队没有真的对GN-z11闪光进行实质上的分析,这一点确实吃瘪。对于反光可能性的质疑,江林华还指出,在之前的文章中,他们已经排查过GN-z11闪光出现的时间段可能混入其中的反光体,既没有人造卫星也没有小行星经过那片天区。

 

不过万一……闪光的本体压根不是一个小行星或者人造卫星呢?

 

  乌龙?是的,这里有个太空垃圾  

挺过了一波质疑的江林华团队紧接着迎来了第二波。

 

米哈尔·米哈洛夫斯基(Michal Michalowski)是波兰亚当·密茨凯维奇大学的一名天文学家,非常熟悉Space-Track.org这样的民间太空垃圾监测网站。

 

江林华和斯坦哈特的辩论引起了他和小伙伴的注意,他马上进行了一番检查,发现就在GN-z11闪光所在的时间和坐标,刚好飘过了一块太空垃圾——那是俄罗斯发射的质子火箭的某个部件碎片(和风-M)。他断定,那次闪光是由这块太空垃圾造成的,把这波实锤径直砸向了江林华。

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和风-M遗照丨russianspaceweb.com

江林华还没有对这篇文章进行反驳,不过看起来他也只能在数据精确度上给予对手反击。难的是,目前的确没有很好的办法直接鉴别GN-z11闪光是否源自于这块碎片。

 

  救救空间吧,都成人类最大垃圾场了  

 

GN-z11闪光的真身究竟是遥远星系的伽马暴,还是人造天体碎片反射的太阳光,或许还有待继续论证。不论实际结果如何,我们看到的却是太空垃圾与人造卫星对天文观测日益加重的影响。数据库的不完善,人造天体数量的上升都在增加天文学者的工作负担。

 

我们头顶的苍穹,已经是人类最大的垃圾场。人类已经发射了上万颗各类卫星进入近地轨道,仍在有效运行中的也超过3000颗。马斯克的SpaceX运营的星链计划还将在近几年连续发射超过两万颗星链卫星。

 

有时候,当这些卫星恰好轨道重合时,还会再来上一个“亲切会晤”,往往会让这些人造物体转瞬间碎裂成数千个碎片,化为近地轨道垃圾场中的一分子。更可怕的是,每一块碎片都有着远高于子弹的速度,它们随时都有可能化身为近地轨道上的无名杀手。

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地球外围布满了各类卫星、推进器残骸以及碰撞事件造成的碎片

丨ESA

如果没有这些太空垃圾,亦或是进行记录的数据库足够完善的话,江林华处理本文开头那批观测数据时,原本应当是个非常简单的故事。

参考文献

[1] Jiang L, Wang S, Zhang B, et al. A possible bright ultraviolet flash from a galaxy at redshift z≈ 11[J]. Nature Astronomy, 2020: 1-6.

[2] Padmanabhan H, Loeb A. GN-z11-flash: A shock-breakout in a Population III supernova at Cosmic Dawn?[J]. arXiv preprint arXiv:2101.12222, 2021.

[3]Steinhardt C L, Andersen M I, Brammer G B, et al. A more probable explanation for a continuum flash in the direction of a redshift $approx $11 galaxy[J]. arXiv preprint arXiv:2101.12738, 2021.

[4]Jiang L, Wang S, Zhang B. A More Probable Explanation" is Still Impossible to Explain GN-z11-flash: in Response to Steinhardt, et al[J]. arXiv preprint arXiv:2101.12738, 2021.

[5]Michałowski M J, Kamiński K, Kamińska M K, et al. GN-z11-flash was a signal from a man-made satellite not a gamma-ray burst at redshift 11[J]. arXiv preprint arXiv:2102.13164, 2021.

作者:猫又

编辑:小毛巾、Steed、窗敲雨

 一个AI 

至少伽玛暴闪光保留了理论上出线的可能性,留给江队的时间不多了……

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