破译来自宇宙深处的神秘电波

作者: 邓灿敏, 吴雪峰

来源: 赛先生天文

发布日期: 2019-01-15 18:30:00

本文详细介绍了快速射电暴(FRB)的发现过程、特征及其可能的物理起源,并探讨了其与外星人联系的可能性。文章还通过历史上的伽玛射线暴研究,对比分析了快速射电暴研究的发展轨迹,并展望了未来的研究方向。

2019年1月10日,快速射电暴成为了不折不扣的“网红”,当晚就上了微博热搜。对广大吃瓜群众来说,这件事情既新奇又有点摸不着头脑,总之就是不明觉厉。快速射电暴到底是什么?是否真的和外星人有关系?

北京时间2019年1月10日,星期四,一个平常不过的日子。作为天文工作者,我们日常工作的第一件事就是查看当天天文界有什么新发现和新进展。等待已久的“惊喜”终于到来,英国《自然》杂志在线加急发表了“加拿大氢强度测绘实验”项目组利用射电望远镜观测快速射电暴的最新结果。相关结果分为两篇文章,在同一期的Nature上发表,这是比较罕见的。

之所以说是等待已久的惊喜,是因为一个半月前CHIME项目组已经在一次学术会议上大概报道了他们的新发现。不过,令人意外的是,当天国内外各大媒体炸锅了,快速射电暴竟成为了不折不扣的“网红”——各大网站都在转载报道类似内容:“科学家发现宇宙深处神秘电波……”,很多报道将这些“神秘电波”与外星人联系在一起,关键词当晚就上了微博热搜。而这波刷屏的始作俑者,很可能是当天英国《卫报》的报道。

对广大吃瓜群众来说,这件事情既新奇又有点摸不着头脑,总之就是不明觉厉。快速射电暴到底是什么?是否真的和外星人有关系?本文从专业的角度来回答这些问题。快速射电暴(Fast Radio Burst,简称FRB)是发生在宇宙深处的短暂的强射电脉冲信号。“快速”指信号的持续时间短,一般只有若干毫秒。“射电”指信号发生的波段,目前发现的FRB都是在100 MHz量级到10 GHz量级的频段。

“暴”是爆发现象的名词,指信号突然出现且强度极大。

快速射电暴的发现要从2007年说起。现为美国西弗吉尼亚大学教授Duncan Lorimer当时和他的合作者,在分析早已入库归档的澳大利亚64米射电望远镜Parkes(帕克斯)观测数据的时候,意外地发现2001年7月24日记录了一个神秘又短暂的强射电脉冲信号。这个发现于2007发表在美国《科学》杂志上。

该信号的神秘之处有三:第一,信号极强且短暂,持续时间不到几毫秒;第二,在归档的数据中,他们只找到了这一例特别的信号,似乎是一个偶然事件;第三,根据信号从产生地到接受设备的路径上的等离子体色散效应推算,这个信号可能发生在宇宙深处(距离地球大约在15到38亿光年之间),因此信号的能量巨大,粗略估计有1033焦耳。

快速射电暴存在的真实性一经确认,便引起了广泛关注。作为一种非常极端的射电爆发现象,人类目前所掌握的科学知识能对它进行解释吗?回答是,能。不但能,在过去的几年内,天体物理学家们提出了几十种理论模型来解释快速射电暴,曾经有一段时间,理论模型的数量比观测到的快速射电暴数量还要多。

快速射电暴研究的发展轨迹,和上世纪八九十年代的伽玛射线暴非常类似,科学界当时对伽玛射线暴的物理起源也是众说纷纭。伽玛射线暴与快速射电暴非常类似,都是来自宇宙深处、持续时标短暂、爆发光度极高的天文现象,而且两者都可以大致分为两类,每一类的起源都不同。

我们有理由相信,未来随着观测的深入,无论是重复的快速射电暴还是非重复的快速射电暴,它们的物理起源都将被一一揭示。特别是,未来5-10年中很多空间和地面大视场时域巡天项目(卫星、望远镜)的投入运行,重复的快速射电暴的物理起源将被首先揭示。

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