一個宇宙射電暴信號閃了千分之一秒,科學家定位到它的母星系

2021-01-19 澎湃新聞

時間倒撥回2018年9月24日,一個無線電信號快速地划過宇宙,被澳大利亞的SKA探路者望遠鏡捕捉到。儘管它只閃了千分之一秒,經過幾個月的努力,科學家們還是定位到了發出光波的星系,遠在40億光年之外。

澳大利亞國家望遠鏡設施的科學家主導了這項發現,相關論文於北京時間6月28日凌晨發表在頂級學術期刊《科學》上。這是人類成功定位的第二個快速射電暴,也是第一個單次快速射電暴。此前,科學家們唯一追溯到源頭的是一個閃了150次的重複快速射電暴,其難度差異可想而知。

無線電通常也被稱為射電,本質上是一種光波,在宇宙中廣泛存在,只是能量遠低於我們最熟悉的可見光。脈衝星就是一種著名的射電源,這種緻密星體在旋轉過程中有規律地向地球傳遞光波,一度被人視作外星文明的訊息。如今,脈衝星的謎團雖已揭開,宇宙中還有許多尚未明確源頭的射電信號。

快速射電暴(FRB)就是一種物理起源尚不明確的銀河系外射電束,持續時間通常只有幾毫秒。一個持續5毫秒的明亮射電暴在2001年8月抵達澳大利亞的Parkes望遠鏡,但直到2007年才被美國西維吉尼亞大學天文學家鄧肯·福利莫(Duncan Lorimer)確認為一種新的天體物理信號,而非設備故障。

快速射電暴(FRB)就是一種物理起源尚不明確的銀河系外射電束,持續時間通常只有幾毫秒

從那以後,學界一共接收到了數十個類似的快速射電暴,其中只有2個「閃了不止一次」。2012年,天文學家首次發現一例重複的快速射電暴,並在2017年確定了信號源位於約25億光年外的一個矮星系,可能是一顆具有強磁場的中子星發出的。

2018年,加拿大氫強度繪圖實驗望遠鏡(CHIME)在兩個月內探測到13個全新的快速射電暴,其中1個為重複信號。

「順風耳」+「千裡眼」

主導此次發現的澳大利亞科工組織科學家基斯·巴尼斯特(Keith Bannister)表示,定位一閃而逝的單次快速射電暴極具挑戰性。

這次,由36個天線組成的SKA探路者望遠鏡在2018年9月接受到快速射電暴信號後,澳大利亞團隊利用每個電線接受到信號的時間差來確定射電暴的母星系方位。信號本身只持續了千分之一秒,其中的時間差更是精微,大約是幾十萬分之一秒。

位於西澳的SKA探路者望遠鏡

定位到一個距離地球約40億光年的中等星系後,,澳方與位於智利和夏威夷的雙子座望遠鏡、凱克望遠鏡和甚大望遠鏡合作觀察該中等星系,分析快速射電暴的距離和其他特徵。聯合觀察發現,該母星系比孕育2012年那個重複射電信號的矮星系要明亮,射電光波產生於遠離母星系核心的「郊區」位置。

雙子座望遠鏡方面的負責人尼古拉斯·特約斯(Nicolas Tejos)介紹道,SKA探路者望遠鏡提供了二維的坐標,而雙子座、凱克和甚大望遠鏡完成了三維上的拼圖。

可以理解為,SKA探路者望遠鏡作為一架射電望遠鏡,更像一個「順風耳」,能敏銳地聆聽到輕微的信號。而雙子座等光學及紅外望遠鏡更像幾隻「千裡眼」,負責對準信號方位後拉近焦距,呈現清晰的圖像。

「順風耳」+「千裡眼」合作定位

定位快速射電暴對科學家們理解它們的起源至關重要。什麼現象能在如此短的時間內產生巨大的能量?

哈佛大學理論物理學家艾維·略伯(Avi Loeb)曾拋出過一個頗為吸引眼球的「外星光帆」理論:據他計算,如果高級的外星文明利用雷射加速「光帆船」進行星際穿越,產生的信號正好會與人類觀測到的快速射電暴相似。不過,他的計算並未在學界得到廣泛認同。

現有的主流理論大多指向了大型緻密天體,例如黑洞、強磁場中子星、高度活躍的星系內核等。知道了射電暴的位置,科學家們就能判斷出那裡是否有天體正在形成、演化、碰撞或者毀滅,即使不能完全解釋快速射電暴的產生,起碼也能排除掉一些理論模型。

此次的射電暴來自一個年輕的明亮星系的邊緣,如果這個位置沒有高強度的恆星誕生過程,可能信號來自一顆老邁的中子星

單次快速射電暴比重複快速射電暴更為常見,掌握了定位單次快射電暴的方法,天文學界不僅離揭曉這種神秘信號的廬山真面目越來越近,未來更有望增添一個研究宇宙的新工具。

「正如幾十年前首次探測到伽瑪暴,或者不久前探測到引力波,我們站在一個激動人心的新時代節點上,即將揭秘快速射電暴的來源。」澳大利亞亞麥格裡大學的斯圖爾特·萊德(Stuart Ryder)說道:「我們計劃用快速射電暴當做宇宙探測器,就像用伽瑪暴來探測類星體和超新星一樣。」

比如,這個探測器會幫助破解宇宙中「消失的重子」之謎。科學家們觀測得到目前宇宙中的重子數量,大約只有計算得到的100億年前重子數量的一半。如果得到大量定位好的快速射電暴母星系的樣本,天文學家就可以給宇宙做CT,建立星系網絡的三維地圖,尋找消失的重子。

(本文來自澎湃新聞,更多原創資訊請下載「澎湃新聞」APP)

相關焦點

  • 閃爍千分之一秒|科學家首次確定一快速射電暴源於磁星
    11月5日,在發表於《自然》的3篇論文中,中外科學家通過多個衛星及地面望遠鏡的觀測認為,銀河系內的一顆磁星是今年觀測到的一個快速射電暴的起源。 這是人類首次確定一個快速射電暴的起源,也是首次在銀河系內觀測到快速射電暴。
  • 科學家或觀察到迄今最古老伽馬射線暴,對理解宇宙早期星系和恆星...
    記者從北京大學科維理天文研究所江林華研究員團隊獲悉,由其領銜的國際科研團隊探測到134億光年外星系GN-z11的光譜,證實了該星係為人類迄今發現最遙遠天體。團隊同時還捕捉到來自該星系持續數分鐘的爆發信號,疑似與星系中一個伽馬射線暴有關。
  • 特殊宇宙輝光「閃瞎」科學家!超強伽馬射線暴或是見證磁星誕生
    超強伽馬射線暴或是見證磁星誕生今年5月探測到的這次閃光來自幾光年外的伽馬射線的猛烈爆炸,儘管只有半秒,它瞬間釋放出的能量超過了太陽在整個100億年生命周期內所產生的能量。這項研究已被《天體物理學雜誌》接受。美國宇航局(NASA)的哈勃太空望遠鏡在爆炸發生後的3天內迅速捕捉到了這束輝光,並確定它的近紅外發射比預測的要亮10倍,這與傳統模型相悖。
  • 科學家或觀察到迄今最古老伽馬射線暴
    記者從北京大學科維理天文研究所江林華研究員團隊獲悉,由其領銜的國際科研團隊探測到134億光年外星系GN-z11的光譜,證實了該星係為人類迄今發現最遙遠天體。團隊同時還捕捉到來自該星系持續數分鐘的爆發信號,疑似與星系中一個伽馬射線暴有關。
  • 速覽15項天文新發現|天文學|天文學家|星系|恆星|黑洞|銀河系
    Holwerda (University of Louisville)旋渦星系UGC 2885是近域宇宙中已知的最大星系。它位於2.32億光年之外的英仙座,比銀河系寬2.5倍,包含的恆星數量是銀河系的10倍。科學家正在尋找是什麼導致星系成長為一個「巨獸」。其中一個線索是,這個星系在太空中是相對孤立的,其附近沒有星系會與它發生碰撞並破壞它。
  • 測量到有史以來最短時間,它是十億分之一秒的萬億分之一
    137億年,是我們測得的最長時間,它也是宇宙的年齡。我們的太陽也有50億年的壽命了,地球上生命也存在了至少35億年。與這些相比,人類百年的壽命可謂是轉瞬即逝。當然,還有比這更短的時間單位。最小的時間是普朗克時間,它是光走過普朗克長度所經歷的時間,也是我們理論上所能測得的最小時間間隔。但是,實際上,我們並不能測得那麼小,那麼我們能測到的最小時間間隔是多少呢?最近,科學家又破紀錄了,他們測量了有史以來最短的時間:輕質粒子穿過氫原子的時間,為247仄秒。1仄秒有多小,相信大家對此是沒有認識的,因為它是十億分之一秒的萬億分之一,也就是小數點後面跟著20個零和1個一。
  • 神秘信號不斷向地球發送,5年接收到32次,它想要告訴人類什麼
    13個快速射電暴的動畫示意圖而就在2012年,科學家發現了一個不同尋常的快速射電暴,它就是FRB 121102,在12年科學家第一次接收到它之後,2015年,科學家又再次捕捉到了它神秘信號不斷向地球發送,它究竟想要告訴人類什麼呢?
  • 神秘太空信號不斷向地球發送,5年收到26次,它想要告訴人類什麼
    科學家對FRB 121102進行了深入的分析,他們通過位於夏威夷的北雙子座望遠鏡拍攝了可見光照片,在那個快速射電暴出現的方位上找到了一個暗淡的矮星系。通過望遠鏡測定了這個矮星繫到地球的距離居然超過了30億光年。可想而知這個星系距離地球有多遠。
  • 中國天眼接收到神秘信號,它朝地球打「三連閃」,是在暗示什麼?
    筆者:三體-小遙今年我國的「天眼」曾經捕捉到過一個神秘的信號。從強度和頻率判斷,科學家們認為這很有可能來自一百億光年之外的區域,而信號的真正來源暫時還沒有確定。由於此次接收到的信號是連續三次,有了明顯的規律,於是有人猜測,這很有可能是外星文明在對地球人打招呼,並且恰好被我國的望遠鏡捕捉到。作為目前世界上最大口徑的射電望遠鏡,我國的「天眼」在近年來一直不斷刷新相關紀錄,尤其是發現了很多新的脈衝星,為人類研究宇宙提供了更多資料。
  • 中科院技術突破:過去拍攝納米圖像需半小時,現在僅需千分之一秒
    鬼影成像技術是是一種通過組合來自兩個光檢測器的信息來產生物體圖像的技術,它利用了傳統的多像素探測器和單像素探測器,又稱為雙光子成像或者關聯成像。它的工作原理是記錄直接來自目標的光粒子或光子,以及撞擊目標然後從目標反彈回來的相關的光粒子。世界各地的研究人員正在探索這項技術的廣泛應用,從反隱形飛機雷達到間諜衛星都可能應用該技術。
  • 美國科學家:為何15億光年外的天體,不斷向中國發射神秘信號?
    我們希望在宇宙中找到其他行星和星系。美國科學家:為何15億光年外的天體,不斷向中國發射神秘信號?美國天文學家宣布了一項數據,在距離我國15億光年遠的天體不斷向地球發送神秘信號。中國已經在5年中已收到26次。它想告訴我們什麼?
  • 人類曾經向25000光年外的星系,發射信號,還能得到回覆嗎?
    在1974年的時候,它的建成讓世界為之驚嘆,為了慶祝阿雷西博的成功興建,科學家們利用它向2.5萬光年之外的m13球狀星團,發送了一個星際電報。在當時科學家們都是非常亢奮的,他們並沒有考慮這個信號的發送會給人類帶來什麼。阿雷西博射電望遠鏡發射信號隨著我們危機意識的不斷加強,我們也意識到如果這個信號的發射暴露了人類的具體坐標,人類會不會受到外星艦隊的攻擊呢?
  • 科學家疑探測到比鄰星發射的神秘無線電信號
    在過去的幾十年裡,天文學者們已經探測到了許多候選的地外信號。其中一些被證實來自之前未知的天文來源,比如脈衝星——快速旋轉的死亡恆星殘骸,向宇宙發射無線電波。第一種已知的快速射電暴(短暫的無線電波爆發,至今仍有些神秘)最初看起來似乎是人工信號。被稱為「佩利頓」的信號是一種低能量射電暴,起初也令人奇怪,後來科學家確定了它們的源頭:微波爐。
  • 從引力波到伽馬暴探測——記在GECAM衛星發射之時
    引力波是近幾年才發現的「新信使」,它的信號極其微弱,所以很難被探測到。直到人類在探測技術上有了突破才讓我們能有機會一睹引力波的芳容,2015年9月14日LIGO(雷射幹涉引力波天文臺)探測到第一個引力波信號。
  • 千分之一秒的極限挑戰 評測方式全公開
    為此,中關村在線來了一次真正的「憑良心做事」,舉辦了一次《千分之一秒的極限挑戰》大型測試項目,我們採供了目前市面上較為前沿的機械臂,使用最科學的方法,來幫網友實測手機的流暢性。    《千分之一秒的極限挑戰》預告:我們選擇當下熱度較高、硬體性能偏強的三款旗艦手機:一加6、小米MIX 2S、iPhone X進行兩種方式的測試,測試環節十分殘酷,能夠通過測試並且成功PK掉對手的,才是當今智慧型手機界的真·性能霸主。    那麼,到底是哪兩種殘酷的方式呢?
  • 宇宙最強大爆發 伽瑪射線暴
    康普頓伽瑪射線天文臺記錄到的2千多個伽瑪射線暴分布圖1991年美國發射了康普頓伽瑪射線天文臺(CGRO),這顆衛星的八個角上安裝了八臺同樣的儀器BASTE,能夠定出伽瑪射線暴的方向,精度大約為幾度幾年時間裡,對3000餘個伽瑪暴的系統巡天發現,伽瑪射線暴在天空中的分布是各向同性的,支持了伽瑪射線暴是發生在遙遠的宇宙學尺度上的觀點,並且引發了帕琴斯基與另一位持相反觀點的科學家拉姆的大辯論。
  • 5億光年外,有人一次又一次的向地球發射信號
    所謂的「精靈閃光」就是雷電天氣刺激上空電場,從而引發了一種特殊類型的閃光,這種閃光距離地面35到80英裡,而閃電只有7到10英裡,而且閃電會以快速滾動電球的形式出現,從而引起了部分的UFO事件。「精靈閃光」的事件雖然可以解釋UFO,但是太空本就非常浩瀚,人類能夠在地球上誕生,那麼整個宇宙當中,是否還存在著跟地球一樣的星系呢,比人類更加高的智慧生物是否又已經探訪了地球呢?
  • 中國「天眼」向全球開放,科學家能找到外星文明嗎?
    ,為天體超精細結構成像可能發現高紅移的巨脈澤星系,實現銀河系外第一個甲醇超脈澤的觀測突破用於搜尋識別可能的星際通訊信號,尋找地外文明睜眼看宇宙,成果有幾何?圖片來自:天文在線2020 年,4 篇論文同時在著名學術期刊《自然》上發表,發現並論證了一個河內快速射電暴 FRB 200428 起源於磁星 SGR 1935+2154,為「快速射電暴源於磁星」這一理論猜測增添了有力的證據。其中一篇論文正是基於「天眼」的觀測成果。天眼的意義在哪裡?
  • 西鐵城PROMASTER千分之一秒計時腕錶 燃爆速度與激情
    指針與數顯結合,清晰的表面布局使得在急速賽車運動過程中也能快速定位功能盤。時、分針及時刻覆有幽藍色夜光塗色,即使在黑暗環境中也能清晰讀時。腕錶採用小牛皮錶帶,舒適服帖。PROMASTER千分之一秒計時腕錶將尖端科技、粗獷設計和賽車精神融於一體,彰顯出佩戴者超凡的硬漢風範。對於熱愛競速運動並樂於挑戰自我的人士,這款腕錶一定會成為與你一起不斷突破自我極限,演繹精彩人生的可靠夥伴。 (責任編輯:張洋 HN080)
  • 6個科學家也難以解釋的星系,宇宙當中還有小偷?
    --NGC 1052-DF2這是哈勃望遠鏡在2018年發現的一個幾乎沒有暗物質的星系;暗物質是是一種神秘的大量存在與宇宙中的物質,它跟重力起到相互作用,但不跟光產生相互作用,它構成了超過我們能夠看到的宇宙總物質的數量,因此科學家們稱之為特別奇怪的一個星系。它看起來就像透明的一樣。