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快速射电暴的次秒周期

摘要

快速射电暴(FRBs)是一种持续时间为毫秒的无线电波闪光,在数十亿光年外可见1.它们前身的性质和发射机制仍然是天体物理学上的未解之谜2.在这里,我们报道了对多组分FRB 20191221A的检测,并识别出其组分之间的周期分离为216.8(1)ms,显著性为6.5σ.长(大约3秒)持续时间和9个或更多组成脉冲剖面的成分使该源成为快速射电暴种群中的离群值。如此短的周期为该事件的中子星起源提供了强有力的证据。此外,我们的探测更倾向于中子星磁层产生的辐射3.4与某些模型预测的远离恒星的发射区域相反5

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图1:来自FRB 20191221A的无线电信号。
图2:FRB 20191221A的周期性分析。

数据可用性

本文中使用的数据存储在分级数据格式5文件中https://doi.org/10.11570/22.0003

代码的可用性

用于对来自本出版物中提出的源的信号进行建模、计算其周期性并绘制结果的代码可在以下网站获得https://doi.org/10.11570/22.0003,以及计算的算法\(\帽子{年代}\)分数和瑞利统计\ ({Z} _ {1} ^ {2} \)用于估计周期性的显著性。

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确认

我们承认CHIME位于Syilx/Okanagan人民传统的、祖先的和不可分割的领土上。我们感谢加拿大国家研究委员会运营的道明尼射电天体物理天文台的盛情款待和专业知识。CHIME由加拿大创新基金会(CFI) 2012领先前沿基金(31170项目)的赠款以及不列颠哥伦比亚省、Québec和安大略省的捐款资助。CHIME/FRB项目由CFI 2015创新基金(项目33213)、不列颠哥伦比亚省和Québec以及多伦多大学邓拉普天文与天体物理研究所的捐款资助。加拿大高级研究所(CIFAR)、麦吉尔大学和麦吉尔空间研究所通过Trottier家族基金会和英属哥伦比亚大学提供了进一步的支持。邓拉普学院由大卫·邓拉普家族和多伦多大学建立的捐赠基金资助。圆周研究所的研究得到了加拿大政府通过加拿大工业部和安大略省通过研究和创新部的支持。国家射电天文台是美国国家科学基金会(NSF)的一个设施,在联合大学的合作协议下运行。UBC的FRB研究由NSERC发现补助金和CIFAR资助。CHIME/FRB基带系统部分由加拿大创新基金会John R. Evans领袖基金授予I.S.

A.B.P.是麦吉尔空间研究所(MSI)研究员和魁北克自然与技术研究基金会(FRQNT)博士后。A.O.是由邓拉普研究所支持的。A.S.H.由NSERC发现补助金资助。B.M.G.由NSERC发现补助金(RGPIN-2015-05948)和加拿大研究主席(CRC)计划支持。c.l通过国防科学与工程研究生奖学金项目(NDSEG)得到美国国防部(DoD)的支持。D.C.G.由John I. Watters研究基金资助。D.M.是班廷研究员。E.P.感谢来自NWO Veni奖学金的资助。J.M.-P。是Kavli Fellow。 K.B. is supported by an NSF grant (2006548). K.W.M. is supported by an NSF Grant (2008031). M.B. is supported by a FRQNT Doctoral Research Award. M.Dobbs is supported by a Killam Fellowship, Canada Research Chair, NSERC Discovery Grant, CIFAR and by the FRQNT Centre de Recherche en Astrophysique du Québec (CRAQ). M.M. is supported by an NSERC PGS-D award. P.C. is supported by a FRQNT Doctoral Research Award. P.Scholz is a Dunlap Fellow and an NSERC Postdoctoral Fellow. S.C. acknowledges support from the National Science Foundation (AAG 1815242). S.R. is a CIFAR Fellow and is supported by the NSF Physics Frontiers Center award 1430284. U.-L.P. receives the support of the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC, funding reference numbers RGPIN-2019-067, CRD 523638-18 and 555585-20), Ontario Research Fund—Research Excellence Program (ORF-RE), CIFAR, Thoth Technology, Inc., Alexander von Humboldt Foundation and the Ministry of Science and Technology (MOST) of Taiwan (110-2112-M-001-071-MY3). V.M.K. holds the Lorne Trottier Chair in Astrophysics and Cosmology and a Distinguished James McGill Professorship and receives support from an NSERC Discovery Grant and Herzberg Award, from an R. Howard Webster Foundation Fellowship from CIFAR and from the FRQNT Centre de Recherche en Astrophysique du Quebec. Z.P. is a Dunlap Fellow.

作者信息

作者和隶属关系

作者

财团

贡献

来自CHIME/FRB合作小组的所有作者都在其中一个或多个方面发挥了领导或重要的支持作用:CHIME望远镜、CHIME/FRB仪器和CHIME/FRB软件数据管道的管理、开发和建设、CHIME/FRB仪器的调试和运行、数据分析和本文的编写。来自CHIME合作小组的所有作者都在CHIME望远镜的管理、开发和建设中发挥了领导作用或重要的支持作用。

相应的作者

对应到d . Michilli

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有竞争利益。

同行评审

同行评审信息

自然感谢Ryan Shannon和另一位匿名审稿人对这项工作的同行评议做出的贡献。同行评审报告是可用的。

额外的信息

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。

扩展的数据图和表

图1来自frb 20210206A和20210213A的无线电信号。

一个b,信号强度(彩色编码)作为时间和频率的函数的瀑布图。由于射频干扰而丢失或遮蔽的频率通道用非爆发中值代替,并用红色表示。在390.625 kHz的固有频率分辨率和0.16和0.32 ms的时间分辨率下,消除了色散的影响,绘制了数据。cd黑色为信号可见的瀑布图的频率通道平均得到的脉冲剖面。山峰位置用竖线标出。一个c, FRB 20210206a。bd, FRB 20210213a。

图2 frb 20210206A和20210213A的周期性分析。

一个b,对脉冲轮廓进行离散傅里叶变换得到的功率谱。垂直的粉色线表示扩展数据表中报告的周期1cd,时间分析的残差,假设形成FRB剖面的峰值分别被整数乘以这些周期分开。1σ错误条通常小于符号大小。水平的粉色线表示残差绕其旋转的相位为零。ef,利用周期敏感评分研究被测周期的统计学意义\(\帽子{年代}\).灰色直方图是通过综合模拟得到的,而每个快速射电暴的测量值则用垂直的粉色线表示。相应的概率得到这样的周期性偶然表示在图上。一个ce, FRB 20210206a。bdf, FRB 20210213a。

图3简化卡方检验作为用于模拟FRB 20191221A剖面的分量数量的函数。

竖线突出显示所选组件的数量,而水平线则放在\({\气}_ {{\ rm{红}}}^ {2}\)9个组件的值。最低\({\气}_ {{\ rm{红}}}^ {2}\)可以用我们的数据自信地测量的变化用等式(2),并绘制为每个峰值数量的en误差条。

图4 FRB 20191221A各分量的ToAs随测量周期的变化。

循环定义在式(3.).周期性表现得很明显,因为这些点几乎落在灰色直线上,这突出了预计216.8 ms的趋势。竖线表示在一个周期内没有观察到脉冲的间隙。

图5 FRB 20210206A的偏振剖面。

一个,极化角(PA)取值为1σ误差条参考无限频率和旋转任意角度。b,总强度(I,黑色),线性强度(L,红色)和圆形强度(V,蓝色)穿过脉冲包络。

图6二元系统通过引力透镜产生的无线电信号与这里所示的快速射电暴兼容的参数。

位于1 Gpc的系统包含一个1发射1-Jy脉冲的脉冲星被它的伴星透镜化。允许的参数空间以较亮的颜色显示,作为最小对准角(颜色编码)、伴生质量和双星系统分离的函数。

表1 frb 20210206A和20210213A的性质
表2形成每个事件的峰值的toa列表
表3 FRB周期的统计显著性

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CHIME/FRB合作。,Andersen, B.C., Bandura, K.et al。快速射电暴的次秒周期。自然607, 256-259(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-04841-8

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