天空的神秘闪光——快速射电暴

作者: 李毅超等

来源: 赛先生天文

发布日期: 2016-05-03 07:01:56

快速射电暴(FRB)是近年来天文观测中发现的一种未知的神秘的、短促而明亮的射电脉冲。本文详细介绍了FRB的发现过程、可能的起源以及最新的研究进展。

大约一年前(2015年4月)的一天,我们照常参加GBT中性氢巡天合作组的每周例会。位于美国西弗吉尼亚州绿岸(Green Bank)的GBT是目前世界上最大的可动望远镜,其反射面直径达110米。几年来,我们这个由来自全世界各地学者组成的合作组,每年都会申请大量的GBT时间进行巡天观测,试图绘出宇宙中最常见的氢原子在大尺度上的三维分布。

但是,虽然我们知道这些氢原子产生的21cm波长的谱线肯定存在,但它却淹没在银河系强烈的同步辐射中,这就仿佛是要在灯火通明的城市中看到微弱的星光一样困难。

这一天传来了一个颇为激动人心的消息:卡耐基梅隆大学的台湾留学生林秀贤在我们积累的观测数据中发现了一个疑似“快速射电暴”信号。“快速射电暴”(Fast RadioBurst,简称FRB)是近年来天文观测中发现的一种未知的神秘的、短促而明亮的射电脉冲。人们对它非常好奇,因为它很容易让人想起另一个类似的现象——伽玛射线暴。

快速射电暴最初是在分析脉冲星巡天数据时发现的。脉冲星是射电天文学在上世纪60年代最重大的发现之一,它的发现本身完全是一个意外——当时剑桥大学的女研究生贝尔意外地发现了一种规则的脉冲信号。由于这个信号如此规则,她一开始以为是一种人为产生的电磁波信号,后来经过仔细分析确认信号来自太空后,还一度开玩笑地把它叫做“小绿人”——科幻小说中外星人发来的信号,后来人们认识到这是高速旋转的中子星产生的。

在排除了地球来源后,下一个问题就是这些射电暴究竟来自何处?然而这一问题并不容易回答。由于波长很长,单天线射电望远镜受到电波衍射极限的限制,分辨率一般都不高。像我们使用的GBT望远镜,已经是目前最大的可动单天线望远镜了,但在我们观测的这一频段内波束宽度也达1/4度——这是一个相当大的角度,在这个范围内有很多天体,无法判断快速射电暴来自其中的哪一个。

回答这一问题的第一个线索就是我们上面谈到的色散延迟:这些电波穿越的等离子体越多,引起的色散延迟就越大。我们早就知道,银河系内的脉冲星都有一定程度的色散延迟,这是银河系内的星际介质造成的。快速射电暴的色散延迟远大于银河系内的许多脉冲星,这意味着它们很可能比这些脉冲星更加遥远——远超出银河系之外。

近来有一系列关于快速射电暴的新发现,我们的FRB110523只是其中之一。就在我们在存档数据中发现FRB110523的前后,帕克斯射电望远镜又发现了一颗快速射电暴,FRB150418。由于这一发现是当时做出的,因此人们马上用澳大利亚紧密阵(ATCA)对其所在的位置进行了后续观测,发现了一个射电变源信号,有可能是这一快速射电暴的余辉。

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