3246
需用时 06:29
仙女座大星系伽马暴,出了什么乌龙?

编辑的话:5月28日,这样一个消息在网络和媒体上疯传:在距离我们最近的大星系——仙女座大星系里出现了一次伽马暴,这是一个宇宙级的大发现,也预示着我们全人类又躲过了一劫。然而,仅仅半天之后,又有官方消息证实,这一发现纯属子虚乌有,只是伽马暴探测器“雨燕号”的一次误报而已。

这样一场宇宙级别的大乌龙到底是如何发生的?英国莱斯特大学博士后研究助理、雨燕号”团队成团菲利普·埃文斯(Philip Evans)就此撰写了一篇文章,果壳网为你全文编译如下。

仙女座大星系出现的所谓“伽马暴”,被证实为只是“雨燕号”探测器的一次误报。图片来源:NASA

2014年5月28日,星期三…… 真是漫长的一天。噢,现在还只是早上9点17分(译注:这是作者写作此文的当地时刻)。或许你已经留意到了,推特圈里一直在流传这样的说法:邻近的仙女座大星系(M31)里据说出现了一个伽马暴(GRB)。我的电话还从来没有这么吵过!问题在于,从来就没有人宣称出现过这样一个伽马暴,实际上只是一个暂时性的结果,触发了这个被过度解读了的故事。

那么,到底发生了什么,为什么所有人都一度认为这是一个伽马暴?

事情要从“雨燕号(Swift)”探测器上的爆发警示望远镜(Burst Alert Telescope,BAT)说起。这台望远镜专门设计用来寻找伽马暴,只要是原本已知不会发出高能辐射的某片天区出现了任何高能辐射爆发,都会“触发”这台望远镜。但是,想要确定是否真的出现了伽马暴,就没有这么简单了,因为探测器里会出现噪声信号,还有背景辐射等等因素。所以,“雨燕号”通常只在真正确定辐射爆发属实的情况下才会触发;如果你是统计学家,可以告诉你我们设定的阈值是6.5-σ。即使如此,我们偶尔还是会遇到误报。

不过我们还有另一个计划,就是试图从邻近星系里寻找暗弱的伽马暴。为此,如果信号出现在已知的某个邻近星系附近,就算阈值要低得多,我们也会接受这样的触发。当然,这些阈值低得多的触发属于误报的可能性也会大得多。正常情况下,我们可以分辨这些触发是不是误报,因为伽马暴在最初的爆发之后,(几乎总是)会出现能够探测得到的X射线余辉。误报的触发,自然就不会出现X射线。

不过具体到今天这件事,情况就稍有一点复杂了。有一个X射线源与爆发警示望远镜报警的位置相符。下图显示了最早的X射线数据。黄圈显示了爆发警示望远镜的误差圈——意思是说,爆发警示望远镜告诉我们,它觉得在这个黄圈里看到了东西。橙色方框显示了当时“雨燕号”上的X射线望远镜(XRT)能够看到的区域,那些灰点就是它检测到的X射线。红色小圈标出了X射线源的位置。

黄色圆圈为“雨燕号”爆发警示望远镜的误差圈,橙色方框为“雨燕号”X射线望远镜的视场范围。图片来源:菲利普·埃文斯

那么,这是一个伽马暴吗?不是。

首先,这个源是一个已知的天体,在大量先前的观测中都出现过,包括“雨燕号”自己的观测。事实上,在我去年年底出版的那份星表里,你可以看到我们观测到它很多次。我们当然知道这一点,事实上,“雨燕号”团队发出的第一份通告里也说过这一点。

其次,那个已知的X射线源大概是某种类似X射线双星的天体(所谓X射线双星,就是一颗中子星绕着一颗普通的主序恒星旋转)。没有人认为这样的天体会是伽马暴的前身。

而且有趣的是,“雨燕号”团队从未宣称这是伽马暴。事实上,我也没有见到任何圈内人宣称这是一个伽马暴。

至于为什么整个网络上都在把它当成一个伽马暴来报道,就不是我能够推测的事情了。不过“雨燕号”在研究伽马暴方面的成功是出了名的,事实上本月(2014年5月)它在美国航空航天局(NASA)的项目评定中还排名第一。我猜测,狂热的天文爱好者把两件事串在了一起,便得出了2加2等于5这样不幸结论。

我还看到有人说,这个天体发出了大量伽马射线:事实是绝对没有。实际上,“雨燕号”爆发警示望远镜团队当时的原话是,“这是一个暗淡的爆发警示望远镜暂现事件”。

那么它到底是什么,兴奋点又在哪里?

仅仅由于这个X射线天体先前已知,而且不太可能是伽马暴,并不意味着它就会无聊。如果这个X射线天体比以往明亮得多,那几乎可以肯定,它就是触发爆发警示望远镜的那起事件,这在科学上也是有趣的。地球附近发生的任何高能爆发都很值得研究。

通常,当“雨燕号”上的X射线望远镜观察到一个新射线源,我们会把有限的数据产出直接传回地球,通常会有软件(我本人写的!)来分析那些数据。具体到今天这件事,分析那些数据产出的时候遇到了一个问题——确切地说,遇到问题的是我们通常用来估计亮度的数据产出。所以,当时在线的科学家不得不采用了更加粗略的数据,而从那些数据来看,这个X射线天体似乎比以往要明亮得多。就这样,消息被发布了出去。

“雨燕号”团队在第一份通告中公布的部分数据。通告中并未宣称这可能是一起伽马暴。图片来源:NASA

为什么结果只是初步的,就把它发布出去了?

天体的爆发往往是短命的。从“雨燕号”上获取完整数据发往地面,是需要花费时间的。而时间是天文学家损失不起的。所以,你现在面临一个选择:选项一,我们假设这些初步结果正确,冒着浪费一些望远镜观测时间的风险去监测它;选项二,我们冒着错过百年一遇大事件的风险,继续等待,直到确定结果是真是假。

在“雨燕号”团队里,我们相信天文学家应该有能力自己作出决定,所以我们不会瞒报我们的结果。结果会被立即发布,天文学家也知道结果是初步的。一旦获得完整数据,我们总是会尽快发布一份更细致的分析,通常会在几个小时之后。

具体到这件事,我们不得不等待许久以获取完整数据,大概(有待证实)跟美国的“雨燕号”数据中心断电有关,这场断电来的还真是时候!

不过与此同时,身在英国莱斯特的我们也意识到了问题所在,我及时修复了对最初数据产出所作分析中遇到的问题,更加准确地测定了那个X射线源的亮度。至此,事情就很明显了:这个X射线天体根本没有爆发,它的亮度跟以往我们观测到的亮度完全一致。很可惜,这意味着它根本就不是一个令人兴奋的暂现天体。它只是一个碰巧出现在BAT误差圈里的X射线天体,仅此而已。

至于触发BAT的,很有可能只是一个噪声信号,低阈值的触发往往都是这样。

所以,到底发生了什么?

最终的事件表是这样的:

  • 爆发警示望远镜因为仙女座大星系附近的一个低阈值事件而被触发。这样的事件可能是误报,但偶尔会有真的。
  • “雨燕号”对准了爆发警示望远镜确认的方位,在那里看见了一个已知的X射线源。
  • 由于通常的数据产出遇到问题,只有更粗略的数据可用。这些数据显示,这个X射线天体要比以往明亮得多,是一个正在爆发的源。
  • 我设法分析了出问题的数据,发现这个源没有爆发。结果被发布出去。
  • 获取到完整数据,证实这个X射线天体确实没有爆发。

“雨燕号”探测器专为研究伽马暴而设计,是目前天文学家发现伽马暴的最有利“武器”。图片来源:NASA

最后一点想法

我猜想,从外界来看,这件事似乎相当乱套。这件事通过网络和推特传到公众面前这一事实,无疑更是雪上加霜!但事实上,这件事恰恰突显了专业天文学家所面临的挑战。

暂现事件,就其本质而言,就是暂现的。有些暂现事件是长寿的,其他一些则不然。事实上,这也正是“雨燕号”存在的原因,就是为了让我们有能力对检测到的伽马暴作出非常迅速的响应,在触发后短短几分钟内获取X射线、紫外波段和可见光波段的数据。按照设定的程序,“雨燕号”会把尽可能多的数据直接发回地面(受限于传输带宽,我们无法把所有数据都迅速下传),并立即向值班的人发出警报。

这么做的全部原因,就是为了让我们能够迅速就某个天体发布通告,让人们能够决定是否要用其他设施来观测它。这样的迅速反应能力已经让我们作出了许多惊人的发现,比如:证实短伽马暴由两颗中子星合并所致,检测到超新星激波从一颗恒星上穿透而出,发现人类迄今所见的最遥远恒星。这还只是随手举的3个例子。

但是,这很艰难。我们的数据有限,时间也有限,必须趁着目标还算明亮的时候马上说点什么。那些能够动用大望远镜的人也必须迅速做出决定,要不要在他们有限的观测时间里,再挤出一点时间来监测这个目标。这样的挑战,是我们这些争分夺秒的天文学家,每天都会要面对的。世界上的大部分人通常是不会知道这些的,这当然是因为我们只公布和发表最终的研究结果,而在公布结果的这些研究的过程当中,正确的决定都已经被作出过了。

具体到这件事,得益于社交网络的威力,在大量研究过程中后来会被证明是错误决定中的一个,被带入到了公众的视线当中。你已经大略了解了这些决定,以及我们每天都必须要面对的挑战。所以,尽管不得不把我们也会频频犯错这样一个场景展现给你(这还是有一点让人感觉尴尬的),但这也是好事一件,向你展现了科学的真实一面。对于每一个激动人心的、极具新闻价值的科学发现来说,都有大量艰辛、努力、误报、错误、激动和失望隐藏在背后。

这就是我们赖以为生的事业。这,就是科学。

 

插播消息:我想我已经弄清了最初的数据产出无法被实时自动分析的原因,而且已经修复它了。需要担心的问题又少了一个,不过我敢肯定,未来还会出现一些新的古怪问题!(编译:艾麦乐;编辑:Steed

扩展阅读

相关的果壳网小组

The End

发布于2014-05-28, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

举报这篇文章

菲利普·埃文斯

英国莱斯特大学X射线及观测天文团队博士后研究助理,“雨燕号”团队成员

pic