快速无线电爆发用作探照灯以检测银河系中的气体

多伦多大学研究员阿曼达·库克(Amanda Cook)找到了一种方法，利用来自宇宙的明亮信号来权衡银河系的大气层。

她使用的无线电信号来自被称为快速射电暴(FRBs)的天文现象 - 神秘的天体，产生短暂的无线电波闪光，被认为是天文学中最大的谜团之一。

由于FRB同时产生高频无线电波(相当于蓝光)和低频无线电波(相当于红光)，因此不同颜色的无线电波可能会同时到达望远镜。但事实并非如此。当FRB通过气体时，它会减慢速度 - 对于高频比低频更是如此。结果是到达我们望远镜的不同频率或颜色之间的延迟，有效地及时涂抹了无线电爆发的信号。

像库克这样的天文学家称这种涂抹为“色散”，并能够将其用作检测整个宇宙中其他看不见的气体的工具。

“使用涂抹来研究宇宙就像使用你的家庭取暖账单来计算冬天的天气一定是什么样的，”库克说，他是David A. Dunlap天文学和天体物理学系的博士候选人，以及艺术与科学学院的邓拉普天文学与天体物理研究所。

“就像你的取暖账单告诉你这是一个严酷的冬天还是一个温和的冬天 - 但不是任何个别日期的温度是什么样的 - 我们看到的涂抹使我们能够推断FRB信号在从FRB到地球的旅程中遇到的物质总量。它只是无法告诉我们这些材料是如何分布的。

“关键是，无论FRB前面的气体如何分布，FRB信号在到达我们的望远镜时被涂抹得更多，必须由更远的FRB产生，就像昂贵的取暖费一定意味着整个寒冷的冬天一样。“她继续说道。

在这种情况下，库克使用色散法来测量银河系晕中存在多少气体 - 银河系的“大气”向各个方向向外延伸约五十万光年。

利用加拿大氢强度测绘实验(CHIME)射电望远镜收集的FRB信号，库克和她的团队发现银河系的光晕含有的气体比以前的模型预测的要少得多。研究结果发表在《天体物理学杂志》上，题为“FRB给我发了一个DM”。

尽管早期已经有应用相关技术的研究，但这是第一次使用大量均匀的FRB样本测量晕的气体 - 这要归功于CHIME望远镜。

该团队使用距离地球不同距离的FRB信号来获得结果。库克将这种方法比作试图计算出从加拿大不同边境口岸到多伦多的平均驾驶距离，方法是让来自美国不同州的朋友开车到多伦多，只告诉你他们开车的总距离。来自德克萨斯州朋友的信息不会特别有用，但来自密歇根州和纽约州朋友的经验可能更有见地。如果你有朋友住在边境，在布法罗或底特律，那么他们的回答几乎会给你你需要的信息。

库克和她的导师布莱恩·盖恩斯勒(Bryan Gaensler)教授从一年级研究生开始就一直在研究这项研究。“最终比我们想象的要困难得多，”库克说。

她、盖恩斯勒和他们的同事实际上走出了传统的天文模型，这已经足够困难了。他们求助于一个完全不同的领域——统计学——的研究人员，并要求这些同事提供一套新的方法来应用于他们的方法。

“这是研究银河系的一种令人兴奋的新方法，”Gaensler说，他也是该出版物的作者。“我们仍在试图弄清楚快速无线电爆发到底是什么，但与此同时，我们可以将它们用作探照灯来研究离家更近的东西。

库克和盖恩斯勒指出，FRB信号可用于研究FRB信号在其漫长旅程中经过的所有东西的结构，包括星系之间的物质，其他星系的光晕和星系内部的气体。

同时，预计会有更多的FRB发现。有了更多的数据，库克和她的团队希望创建银河系晕的3D地图。“每个FRB都为我们提供了一个方向的银河系晕测量值，因此当我们继续收集它们时，我们可以建立一个详细的图片，”库克说。

除此之外，她指出，这些线索有助于我们理解早期宇宙。

“提高我们对银河系晕的了解有助于我们了解整个星系的形成。

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