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仙女座伽马射线暴为误报:数据不足导致误断
时间:2014-06-05 10:02 来源:
 

新浪科技讯 北京时间5月29日消息,据国外媒体报道,昨天,先是从推特上开始,随后在整个互联网圈迅速传开一条消息,在仙女座大星系方向可能发生了一次GRB(伽马射线暴发)事件,如果这是事实,由于其爆发发生距离较近(约250万光年),将会毫无疑问的成为一次重大事件。然而本次事件的诡异之处就在于,整个美国宇航局官网乃至探测到这次信号的美国“雨燕”(SWIFT)卫星的官网或推特账号上都没有任何正式公布的消息。

  一天之后,事情开始变得明朗——研究人员在昨天晚些时候公布了X射线波段的观测数据。这项数据所显示的特征确认此前的有关GRB的消息应当是误报。

  今天,英国莱斯特大学X射线天文学家,参与雨燕探测器项目的菲利普·伊文斯(Philip Evans)在美国行星学会的网站上发表博文,对这次事件的来龙去脉进行了专业解读。以下为伊文斯的博文内容:

  真是热闹的一天!现在才早上9:17。你大概已经注意到了,昨天的这个时候推特上已经非常热闹了,人们都在讨论有关在仙女座大星系(M31)发生伽马射线爆发(GRB)的消息。我的手机也从来没有这么响个不停过。但问题就在于,官方并非发布过这样的消息,而事实也证明这是一条可能被过度解读的消息。

  那么,究竟发生了什么,为什么大家都认为这是一次GRB?

  故事还得从BAT说起,也就是“爆发响应望远镜”,这是一台搭载于雨燕探测器上的设备,其设计用于搜寻GRB事件,但如果在某个天空区域中突然发生该区域此前从未发生过的异常高能辐射事件,那么BAT响应设备也会被激活。但要想判定这一区域究竟是否发生了你所预想的这类爆发并非那么简单,由于探测器本身的噪音,以及背景辐射因素影响,等等。因此雨燕探测器本身一般只会在非常确定某次激活确实是爆发事件之后才会正式做出反应,如果从统计学的角度来说,那么我们一般需要6.5-σ的置信度门槛,才会考虑调用雨燕卫星做出反应。但即便如此,我们仍然有时会发生误报的情况。但我们也有一套程序用于识别在临近星系中出现的较弱的GRB事件。但这类较低强度的触发机制有时候误报的可能性就更高了。一般我们判断这种误报的方式是:通常来说一次GRB事件发生之后,它后续会在X波段上同样出现一次峰值,这称作“余晖”。而这种误报的信号中则没有这样的特征。

  而在本次事件中,事情则更加棘手。从本文的配图中可以看到,在BAT做出反应的位置上确实存在一个X射线波段辐射源。这张图像本身显示的是早前的X射线波段数据。图中黄色的圆圈显示的是BAT数据的误差范围,也就是说,BAT认为它发现在这个范围之内似乎发生了什么事情。而橘色的方框则显示的是当时的X射线波段图像,其中那些小点是探测到的X射线。而那个很小的红色小圆圈显示的是X射线源的位置。

  那么这是一次GRB事件吗?不是

  首先,那个X射线源是一个已知的源。它在此前的多次观测中都已经被记录到,其中包括雨燕卫星进行的观测。事实上,在去年我本人编纂发布的列表上,这个源便已经多次出现。第二,那个辐射源极可能是一对X射线双星(由一颗中子星与一颗正常的主序星相互绕转组成)。这样的情况一般不认为与GRB的产生有关。另外有趣的一点还在于,雨燕研究组实际上在整个事件中从未对对外宣布过这样的消息,称这是一次GRB事件。实际上,整个专业科学界也没有任何人发布过这样的消息。

  至于究竟为什么有关发生了一次GRB的事件会在互联网上传播地如此热闹,具体原因尚不得而知。但雨燕卫星在GRB探测方面战果丰硕则是不争的事实,事实上它刚刚被评选为美国宇航局(NASA)“本月最佳”。我猜想可能是那些天文发烧友们对这些消息感到欢欣鼓舞,但不幸的是最后他们的解读有些过了头。我甚至还读到有人声称有大量的伽马射线从哪个辐射源发出,但实际情况并非如此。事实上,雨燕-BAT项目组只是表示,这是一次“微弱的BAT响应”。

  那么就奇怪了,这些消息究竟从何而来?

  仅仅因为这个X射线源是已知的,可能与GRB事件无关这一点并不一定就意味着整个事件的索然无味。如果这个X射线源的亮度远远超出常规水平,那么几乎可以肯定它就是触发BAT机制的源头,从科学角度看这将会非常有趣。任何在与地球较近距离上的爆发现象都值得好好研究。在正常情况下,当雨燕卫星的X射线望远镜观测到一个新的源,就会有一部分数据被自动传回地球并由专门软件进行自动分析。而在这次事件中,开展分析的软件出了一点问题,尤其是用于爆发亮度分析的软件。于是当时值班的科学家便迫于无奈只好使用较为粗略的数据进行估算,从这样的精度上观察,这个X射线源的亮度似乎要远高于正常情况。于是,这个消息便不胫而走了。

  但如果这只是一个初步结果,怎么会向外界公布呢?

  爆发过程一般都非常短暂。而雨燕卫星的所有数据下载到地面需要一定的时间。而天文学家们无法等待那么长的时间。于是你就面临选择:我们是假设这个信号是真实的并对此进行追踪观测,但这将冒浪费望远镜观测时间的风险;或者我们也可以选择继续等待,直到我们确认这个爆发信号是真实的,但我们将可能白白错失一次百年一遇的观测机遇。在雨燕项目组,我们相信天文学家们有能力进行这样的判断,因此我们并未隐瞒我们的初步分析结果:我们立即将结果进行了发布,天文学家们也很清楚这只是一项初步结果。一旦全部数据到手,我们很快就会发布完整的分析报告,一般这将需要几个小时的时间。

  而在这次事件中,我们可能需要等比较久的时间才能获得完整的数据,这可能是由于雨燕卫星老化的组件问题导致其数据传输速度出现下降。而与此同时,一旦我们能够找到出现故障的问题所在,那么我们就应该可以尝试解决问题并得到正常水平的数据,那样我们便可以分析出此次爆发源的真实亮度。到目前为止,可以确认的一点是,这次事件根本不是一次爆发,而只是延续了其过去的亮度。这就意味着,这根本就不是那种令人兴奋的爆发源,而只不过是一个X射线天体,并且恰好位于BAT的误差范围内。而此次BAT触发事件说到底就是一次噪音事件。

  因此,有关这次事件的总结如下:

  在M31星系附近发生的一次平常事件触发了BAT设备。这类信号往往存在误报,但也有可能是真实的;

  随后雨燕卫星调整姿态,指向BAT锁定的位置,并观测到一个已知的X射线源;

  但由于正常的数据下行机制出现问题,地面分析人员只获得了低质量的数据。这些数据显示这个X射线源的亮度似乎远超正常值,据此怀疑这是一个爆发源;

  作者本人对这一存在疑问的数据进行了分析,并确认其并非一次爆发事件,并且对外公布了这一消息;

  随后,完整的数据下载完成,对其进行的分析显示这一X射线源的确并非爆发事件。

  结语与思考

  我想,在外界看来整个事件似乎显得毫无章法且混乱无章。而有关初步分析的结果在互联网和推特上的疯狂传播则更是助长了这样的印象。但事实上,这一事件凸显了专业天文学家们面对的挑战。类似这样的“瞬现”事件最重要的本质便是“瞬现”——转瞬即逝。有些可能会持续较长一段时间,但大部分不会。实际上这也是我们为何需要雨燕卫星的原因——帮助我们对GRB和其他X射线,紫外以及光学波段爆发事件作出迅速反应,时间可能是在数分钟之内。而由于时间紧迫的原因,雨燕卫星在设计之初便如此设定,它会将获得的数据在第一时间立即下传到地面。而由于有限的带宽,我们无法及时下载所有的数据,雨燕只会先行发送少量数据,其目的是立即向地面发出警报——发生爆发事件!这样做的目的是让地面上的科学家们可以迅速发布有关的消息,并决定是否调用更多其他设备跟进观测。

  这种能力已经让科学家们获得了很多重要的成果,如确认短时GRB爆发的本质是两颗相互绕转的中子星合并造成;首次探测到超新星爆发产生的冲击波导致一颗恒星解体;以及人类所观测到距离最遥远的恒星,等等。但雨燕项目组的科学家们工作也非常艰难,因为他们必须要在时间极其有限,数据极其有限的情况下做出判断。因为那些大型望远镜的管理人员们正在等待着他们的结论——究竟是否需要调用大型设备并挤出宝贵的观测时间对此进行跟进?做出这样的结论是一项巨大的挑战,但这却是这里的科学家们每天都要面对的问题。

  当然,所有这些工作绝大部分都是在幕后进行而不为公众所知的,因为我们只会在最后发布经过确认的正确的消息。但在这次事件中,感谢社交媒体的巨大力量,我们的一次错误判断被迅速传播并被置于公众视野之中。而现在你了解了科学家们每天都必须面对的挑战和必须做出的判断。因此这次事件的确有些让人尴尬,因为我们弄错了,但它也让公众了解了真实的科学工作,从这个意义上来说也是一件好事。每一件令人兴奋的科学发现背后都是艰辛异常的工作过程——误报,错误,兴奋和失望。这就是我们的生活,这就是科学。

 

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