為什麼尋找快速無線電脈衝在天文學裡是一個「爆炸場」

圖解:FRB 121102，2015年就已經發現的爆炸，重複爆發。這一發現使天文學家能夠找出FRB來自哪個星系，並進而確定數百個FRB的位置。圖片來源-雙子座天文臺/AURA/NSF/NRC。

十多年前，兩位天文學家發現了神秘的無線電波爆發，它們似乎發生在整個天空，經常比銀河系中的所有恆星都閃耀。從那時起，對這些快速射電爆發(或稱FRBs)的研究已經開始，雖然我們仍然不知道它們到底是什麼或者是什麼原因，但科學家們現在正在慢慢接近一些答案。

FRBs是天文學家鄧肯·洛裡默和大衛·納凱維奇在2007年首次發現的。在使用澳大利亞帕克斯天文臺時，這兩個人目擊到來自太空的極其明亮的無線電波閃光，這讓他們目瞪口呆。這個奇怪的事件被稱為洛裡默爆發。

從那時起，已經宣布了大約100個FRB的發現。我們已經能夠精確定位一些星繫到其他星系的位置--似乎沒有一個發生在銀河系內--以及看到一些實時發生，甚至見證了重複發生的FRBs。儘管有大量的觀察和大量的數據，我們仍然無法準確地解釋它們是什麼。

荷蘭阿姆斯特丹大學的Jason Hessels博士說：「在天體物理學中，有一種我們真的不了解的新現象並不常見，我們有機會學習一些真正新的東西。」

射電望遠鏡

Hessels博士協調了一個名為「Dragnet」的項目，該項目從2014年運行到2018年，並試圖觀察和研究更多的FRBs。它在世界各地使用射電望遠鏡--包括荷蘭的低頻陣列(Low-Frequency Array)或LOFAR望遠鏡--來尋找奇異的恆星和FRBs。然而，當該項目在2012年提出時，人們甚至不確定FRBs是真的。

然而，在2015年，該項目取得了關鍵突破。它發現另一個星系中已知的FRB--被稱為FRB 121102--正在重複。這一發現使天文學家能夠計算出FRB來自哪裡--一個距離地球30億光年的暗矮星系。從那以後我們發現了第二次重複爆發，但在第一次爆發之前，所有的FRBs都是單一事件。

「這是一個巨大的信息寶庫，」Hessels博士說，他指的是FRB 121102。「我們已經檢測到數百次爆炸。」

每道閃光只持續一毫秒左右，但能發射出比5億個太陽更多的能量。因此，FRB 121102在銀河系的背景下清晰可見，特別是像這樣微弱的星系。即使在這麼遠的距離，並且在地球上的多細胞生命開始之前就已經產生了，閃光的強度足以讓我們今天測量。

當FRBs首次被發現時，人們認為它們可能是由諸如中子星--坍塌巨星的殘餘核心--或黑洞合併在一起的災難性事件引起的。然而，一些FRB重複出現的事實表明，情況可能並非如此，儘管可能存在多種類型的FRB。

到目前為止，我們最好的解釋是，它們是由磁星引起的，中子星具有令人難以置信的強磁場。人們認為，這些恆星有足夠的能量產生與FRBs相關的明亮閃光，當磁場撕裂恆星的外殼，釋放出大量能量時，會經歷「恆星地震」(儘管發布的結果表明，一些FRBs可能存在未知的另一種來源)。

Hessels博士說：「釋放的能量可能會撞擊磁星周圍的所有物質，這會引起震動，並會加速粒子產生無線電波和我們所觀察到的無線電波爆發。」

為了更好地回答這個問題，正在進行的「MeerTRAP」項目「正在努力尋找更多的FRBs，這可能會讓我們更接近一個答案。」該項目使用南非的Meerkat射電望遠鏡陣列來尋找天空中的無線電波脈衝。在陣列的標準天文觀測期間，MeerTRAP團隊搭載在船上獲得數據--大約每秒10千兆字節-以尋找FRBs。

英國曼徹斯特大學的班傑明·斯塔珀斯博士(Dr Benjamin Stappers)說，「我們只是從他們選擇的地方獲取數據。」他也是MeerTRAP的項目協調員。「望遠鏡指向哪裡並不重要，因為它們在天空中應該是一致的。」該項目還沒有開始尋找FRBs，但計劃在2019年開始尋找。MeerTRAP團隊希望每周發現2到5個FRBs，有可能同時尋找只發生一次的FRB和重複出現的FRB，因為望遠鏡會定期返回到天空的同一部分。

「在天體物理學中，有一種我們真的不了解的新現象並不多見，我們有機會學習一些真正新的東西。」-荷蘭阿姆斯特丹大學的Jason Hessels博士說。

所有這些數據應該有助於我們更好地找出FRBs的起源。斯塔珀斯博士說：「找出它們產生的原因的一種方法，就是了解它們發生在一個星系中的什麼地方，以及它們發生在什麼類型的星系中。」

天文學家還想知道FRB有多少種類型。到目前為止，我們知道有些重複，有些不重複，但有多少重複仍然是未知的。這兩種類型可能是以不同的方式形成的，所以找到更多的它們可以幫助我們更好地回答這個問題。

Stappers博士說：「也有可能FRBs也會穿過位於視線上的其他星系的外部區域。」「所以你可以像用手電筒一樣使用它們，看看當光穿過其他星系時會發生什麼。你可以了解一些介入星系的性質。」

MeerTRAP項目還將尋找快速旋轉的中子星，稱為脈衝星，以更好地測試我們的引力理論。如果一顆脈衝星被發現環繞另一顆恆星，甚至是一個黑洞，它旋轉的變化可以告訴我們更多關於引力在物理學極端是如何工作的。

然而，目前佔據頭條的是FRBs。隨著越來越多的發現正在進行中，希望我們很快就能對他們的一些謎團有一個答案。

Hessels博士說：「這個領域真的在爆炸，」他指出，到今年年底，我們可能會知道超過1000個。他說，很可能在未來幾年內，我們將對造成這些問題的原因有一個很好的認識。

相關知識

快速射電暴是一種高能天體物理現象，呈現瞬態電波脈衝，僅維持數毫秒的爆發。這些毫秒閃光都在銀河系之外，有著非常明亮、未經分析、廣泛的帶寬。每次爆發的頻率成分取決於爆發的量和不同波長的延遲時間。這種延遲被描述為與頻散量相關的值。快速射電暴的色散顯示：其源頭非常巨大，不能預期其在銀河系之內，並且其傳播會穿越等離子體。

快速射電暴的起源尚不清楚，據推測是觀察到的銀河系外異常高能量的脈衝色散。有些人猜測這些信號可能是外星智慧的跡象。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. 星-horizon-magazine