科学家首次探测到银河系外的“快速电波爆发”

经历了在泥沙中用探测器淘金一般的太空探索, 天文学家们终于表示他们确定了所谓快速电波爆发 (fast radio bursts, 简称FRBs) 的源头——一种短暂、强力、神秘的闪光。

《自然》的一篇论文和《天文物理期刊通讯》的两篇文章描述了这一发现, 这将有助于科学家解释一些奇异现象的来源。近十年中, 他们一直在寻找它。

在比可见光能量更或更低的波段, 科学家试图研究宇宙的本质, 这些波段分别包括紫外线、X射线、伽射线, 和红外线、无线电。每一种电磁波揭示的宇宙都有一些不同之处。

以波长最长、能量最低的无线电观察, 科学家大体认为他们了解宇宙的形态, 荷兰奈梅亨拉德伯德大学的无线电天文学家、天文粒子物理学家海诺·法尔克(Heino Falcke)说。他本人未参与这些研究。

“可以看到明亮耀眼的银河系, 恒星爆炸散发出来的烟圈, 从洞逃出来的羽毛状气体, 还有“宇宙灯塔”脉冲星发出的闪烁无线电波, ”他在评论《自然》的论文时写道。

然而, 2007年, 在对档案数据进行分析时, 澳大利亚帕克斯天文台的团队对快速电波爆发进行了首次报告, 改变了以上这些。这是一个全新的、无法解释的宇宙电磁波源头——和以往所见完全不同。如果这些闪光来自银河系之外, 那将是令人难以置信的强大电波源。

天文学家一直想知道到底是什么导致了这样的爆发。比如, 超新星爆炸时的瞬间闪光, 还是从明亮的星系中心的超大质量洞周边发出的信号?

“解释FRBs是什么的理论其实比检测到的FRBs要多, ”康奈尔大学天文学家、《自然》论文的领导者沙米·查特吉(Shami Chatterjee)说, “已经成为理论家的天堂: 针对产生这种电波闪光的方式, 他们提出了各种各样的可能性。”

要回答这个问题, 他们必须找出快速电波爆发的源头。

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问题是, 这些电波的爆发极其短暂, 只有几毫秒——定位它们异常困难, 尤其是考虑到射电望远镜一次只能看到一小块天空的限制。

“闪光只持续一毫秒, 人们无法退回去观测那部分天空在其他时间的状态, 从而捕捉快速电波爆发, ”查特吉说。 “必须正好抓到那一毫秒, 赶上那一次快速电波爆发。”

天文学家现在相信, 这些曾经以为罕见的快速电波爆发其实非常常见。它们大约每分钟点亮天空两次, 法尔克说, 但是在我们知道它们的近十年内, 只成功观测到18次, 更不用说弄清它们的源头了。

“每天, 天空中有5000到1万次这样的闪光熄灭, ”查特吉说。“这是一个极的频率……这让我们了解到, 在某一个时间点上观测到的天空有多么地片面。”

一个幸运的突破到来了: 2012年11月, 科学家在波多各阿雷西博天文台探测到被命名为FRB 121102的爆发。与以前的17个快速电波爆发不同——这一个爆发再现了——这意味着科学家有机会使用新墨西哥的超大阵列射电望远镜来观察它, 它有27个碟形天线, 合在一起可以分辨率地看到非常遥远的物体。

去年, 在六个月的83个小时中观察FRB 121102后, 科学家从同一个地点拾取了9次爆发。这些闪光加起来使科学家能够对其定位……然后使用夏威夷的双子座北望远镜研究它的位置。最后证明, 源头是大概30亿光年以外的一个小矮星系, 它的质量只有银河系的大约百分之一左右。

对研究人员来说, 这是一个意外。毕竟, 许多人曾经猜测这种闪光来自一个超大质量的洞——不过那些通常位于大型活跃星系的中心, 而不是在一个小而淡的矮星系中。

“作者的光源可能是一个包含超大质量洞的矮星系, 或者一个破碎星系的核心甚至或者只是一个孤立的洞, ”法尔克就这个谜题开玩笑说。“也许最终的来源完全不同……例如, 一个“伪装”成洞的爆炸的恒星。这些爆炸是由洞本身造成的, 还是由其轨道上的其他物体造成的毕竟, 超大质量洞通常被致密的星团包裹。查特吉和同事, 以及天体物理学界的其他人, 应该要挠挠头了。”

了解快速电波爆发的本质可以帮助研究人员探测星系间的媒介——星系之间几乎空空如也的空间——也会对爆发释放的最初物理过程给予启示。

但查特吉很快指出, 试图了解这些快速电波爆发, 一个探测结果是不够的——天文学家需要捕获更多的FRBs并精确地定位它们的位置, 判断FRB 121102是否典型, 还有这些短暂的闪光是否有一组不同的源头。

“不过, 即便尚未有清晰的答案, 这些作者的发现是真正的游戏规则的改变, 对FRBs的搜寻正在进行中, ”法尔克写道。

本文原以英文发表: In a first, scientists detect ‘fast radio bursts’ from beyond the Milky Way galaxy