這個(gè)動(dòng)畫(huà)展示了快速的射電爆發(fā)在地球上出現(xiàn)和消失。(圖片鳴謝:uux.cn/t . Jarrett(IPAC/加州理工)；NRAO薩克斯頓/AUI/國(guó)家科學(xué)基金會(huì))
（神秘的系還南京外圍（南京外圍女）外圍上門（電話微信181-8279-1445）提供一二線城市大圈外圍女資源地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（羅伯特·李）：快速射電爆發(fā)——比整個(gè)星系還要亮的短暫能量爆發(fā)——仍然是個(gè)謎。以下是短暫電暴我們對(duì)FRB的了解和不了解。
快速射電爆發(fā)(FRB)是什快速射一種強(qiáng)烈的無(wú)線電波爆炸，可以釋放出相當(dāng)于太陽(yáng)三天所釋放的比整爆能量——但時(shí)間只有千分之一秒。這些事件的個(gè)星個(gè)謎大部分仍然是神秘的。
FRB來(lái)自天空各處，系還頻率約為1400赫茲，短暫電暴盡管有些頻率低至400到800赫茲。什快速射一些科學(xué)家估計(jì)，比整爆地球上空每天會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)10，個(gè)星個(gè)謎000個(gè)FRB。系還然而，短暫電暴大多數(shù)FRB只能持續(xù)幾毫秒，什快速射當(dāng)它們的能量到達(dá)地球時(shí)，它比從月球發(fā)射并在地球上檢測(cè)到的手機(jī)信號(hào)弱1000倍。因?yàn)檫@些信號(hào)如此微弱和短暫，F(xiàn)RB很難被發(fā)現(xiàn)。
因此，許多關(guān)于FRB的信息仍然是未知的。科學(xué)家們不知道到底是什么導(dǎo)致了FRB。提議的候選者包括磁星，具有強(qiáng)大磁場(chǎng)的快速旋轉(zhuǎn)中子星；融合了被稱為白矮星的暗淡致密的恒星殘骸；坍縮中子星，或稱“閃電星”；和碰撞的南京外圍（南京外圍女）外圍上門（電話微信181-8279-1445）提供一二線城市大圈外圍女資源星系。
然而，一些關(guān)于FRB的事情是確定的。首先，它們的來(lái)源本身必須是高能量的，當(dāng)它們旅行時(shí)，這些短暫的無(wú)線電波爆炸可以收集關(guān)于宇宙環(huán)境的信息，比如它們穿過(guò)的星際氣體云。這使得研究FRB成為想要繪制宇宙地圖的天文學(xué)家們迫切關(guān)注的問(wèn)題。
快速無(wú)線電突發(fā)常見(jiàn)問(wèn)題

藝術(shù)家對(duì)快速無(wú)線電波到達(dá)地球的印象，顏色代表不同的波長(zhǎng)。(圖片鳴謝:uux.cn/北京天文館景川余)
什么是快速無(wú)線電突發(fā)信號(hào)？
快速射電爆發(fā)是在無(wú)線電波頻率中看到的明亮而短暫的電磁輻射(光)爆發(fā)。它們通常持續(xù)千分之一秒。有些FRB會(huì)重復(fù)，但絕大多數(shù)只會(huì)發(fā)生一次，然后永遠(yuǎn)消失。
是什么導(dǎo)致了快速射電爆發(fā)？
科學(xué)家們并不確定是什么導(dǎo)致了快速射電爆發(fā)，但他們提出了一些可能的懷疑，包括被稱為磁星的高磁性中子星，碰撞的中子星雙星，以及合并的白矮星。
快速射電爆發(fā)的威力有多大？
在它們的源頭，快速射電爆發(fā)具有很大的能量:在一毫秒內(nèi)，一些FRB可以爆發(fā)出相當(dāng)于太陽(yáng)在三個(gè)地球日內(nèi)發(fā)出的能量。然而，因?yàn)樗鼈儊?lái)自數(shù)十億光年之外，F(xiàn)RB在行進(jìn)中會(huì)失去能量，所以當(dāng)它們到達(dá)地球時(shí)，它們的能量要小得多。當(dāng)射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)來(lái)自地球的FRB時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度類似于來(lái)自月球的手機(jī)信號(hào)。
快速射電爆發(fā)發(fā)現(xiàn)
澳洲的巴夏禮天文臺(tái)在2001年首次探測(cè)到一個(gè)爆發(fā)自銀河系的衛(wèi)星星系小麥哲倫云的FRB。然而，這一事件直到2007年才被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)天體物理學(xué)家鄧肯·洛里梅和他的同事在天文臺(tái)的檔案數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了它。
同年，洛里梅和他的同事在一篇論文中將FRB描述為“起源于河外的明亮毫秒射電爆發(fā)”。第一個(gè)公認(rèn)的FRB后來(lái)以他的名字命名為“洛里梅爆發(fā)”,但它被正式命名為FRB 010724。洛里梅爆發(fā)持續(xù)了大約5毫秒，并且沒(méi)有重復(fù)，仍然是迄今為止探測(cè)到的最亮的FRB之一——這一點(diǎn)已經(jīng)通過(guò)進(jìn)一步的研究得到了證實(shí)。
第二個(gè)被探測(cè)到的FRB——基恩爆發(fā)，或FRB 010621——是在2011年巴夏禮多波束脈沖星調(diào)查的數(shù)據(jù)中觀測(cè)到的。
2012年，波多黎各的阿雷西博天文臺(tái)(Arecibo Observatory)發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)重復(fù)的FRB，命名為FRB 121102。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)，至少在某些情況下，這些強(qiáng)大的輻射爆炸源在那次發(fā)射中幸存了下來(lái)。這排除了許多災(zāi)難性的FRB模型，或者至少排除了罕見(jiàn)的重復(fù)性FRB模型。

這張圖片顯示了巴夏禮射電望遠(yuǎn)鏡正在接收一個(gè)FRB信號(hào)。(圖片來(lái)源:uux.cn/史文朋天文制作公司)
FRB 121102似乎來(lái)自30億光年以外的星系，它的發(fā)現(xiàn)也很重要，因?yàn)樗鼧?biāo)志著除了巴夏禮天文臺(tái)以外的望遠(yuǎn)鏡首次發(fā)現(xiàn)了FRB。這有助于確認(rèn)這些事件不是澳大利亞天文臺(tái)特有的環(huán)境怪癖的結(jié)果。
根據(jù)加州理工學(xué)院的說(shuō)法，第二年，“快速射電爆發(fā)”一詞被創(chuàng)造出來(lái)描述這種類型的事件。
雖然這些FRB是最先被發(fā)現(xiàn)的，但它們絕不是最早出現(xiàn)的FRB。2022年6月，天文學(xué)家使用澳大利亞平方公里陣列探路者，一種由36個(gè)12米(39英尺)天線組成的無(wú)線電干涉儀，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)源于130億光年之外的FRB。這使得被命名為FRB 20220610A的爆發(fā)成為FRB見(jiàn)過(guò)的最遙遠(yuǎn)——也是最早的——有可能在宇宙不到10億歲時(shí)發(fā)起。
然而，并非所有的FRB都如此疏遠(yuǎn)。上面描述的FRB——以及迄今為止發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)FRB——起源于銀河系之外的星系。所以另一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了在我們自己的星系中出現(xiàn)的這樣一個(gè)爆炸事件。
這次爆發(fā)被命名為FRB 200428，于2020年4月被加拿大氫強(qiáng)度測(cè)繪實(shí)驗(yàn)(CHIME)和瞬態(tài)天文無(wú)線電發(fā)射2號(hào)調(diào)查(STARE2)發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)由加利福尼亞州和猶他州的三個(gè)無(wú)線電天線組成的陣列。它只持續(xù)了1.5毫秒，從僅3萬(wàn)光年之外的地方出現(xiàn)，朝著我們銀河系的中心。
迄今為止見(jiàn)過(guò)的最長(zhǎng)的FRB是FRB 20191221A，它是科學(xué)家在2019年使用CHIME首次發(fā)現(xiàn)的。這種FRB持續(xù)了三秒鐘，比一般的FRB長(zhǎng)了大約1000倍。它也有周期性的峰值，發(fā)現(xiàn)者將其比作宇宙的“心跳”
快速射電爆發(fā)會(huì)重復(fù)嗎？
重復(fù)和非重復(fù)FRB之間有明顯的區(qū)別。
自從它們被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)觀察到超過(guò)1000個(gè)FRB。根據(jù)麥吉爾大學(xué)的數(shù)據(jù)，直到2017年，即發(fā)現(xiàn)洛里梅爆發(fā)10年后，只發(fā)現(xiàn)了140個(gè)FRB。多虧了CHIME，僅在2021年就發(fā)現(xiàn)了令人難以置信的535個(gè)FRB。
迄今為止發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)FRB是不重復(fù)的。例如，在535個(gè)探測(cè)到鐘聲FRB的集群中，只有18個(gè)是重復(fù)的。2023年4月，利用CHIME，天文學(xué)家將已知重復(fù)FRB的數(shù)量從25個(gè)增加到50個(gè)。
重復(fù)FRB的缺乏，加上它們極其短暫的性質(zhì)，使這些爆發(fā)的起源一直籠罩在神秘之中，因?yàn)樘煳膶W(xué)家無(wú)法使用第二個(gè)實(shí)例來(lái)更好地確定FRB來(lái)自哪里。
一些研究人員認(rèn)為，F(xiàn)RB星表可能缺少重復(fù)的FRB，僅僅是因?yàn)槲覀冄芯刻炜盏臅r(shí)間還不夠長(zhǎng)，不足以檢測(cè)到許多重復(fù)出現(xiàn)的事件。然而，重復(fù)的FRB似乎在某些方面不同于非重復(fù)的FRB。例如，根據(jù)麥吉爾大學(xué)的說(shuō)法，重復(fù)FRB似乎持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間，但比非重復(fù)FRB在更窄的無(wú)線電波頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)，這表明重復(fù)和非重復(fù)FRB來(lái)自不同的來(lái)源。
是什么導(dǎo)致了快速射電爆發(fā)？
天文學(xué)家并不完全確定是什么導(dǎo)致了快速射電爆發(fā)，但有一些關(guān)于其來(lái)源的線索。因?yàn)镕RB只持續(xù)幾毫秒，所以它們可能來(lái)自非常緊湊的對(duì)象；光必須在FRB達(dá)到峰值然后消失的同一時(shí)間內(nèi)穿過(guò)物體。FRB的能量表明他們可能坐在暴力和充滿能量的環(huán)境中。
這些線索使科學(xué)家們提出致密恒星殘余，如白矮星和中子星，作為FRB來(lái)源的候選。FRB的一個(gè)主要來(lái)源是磁星，這是一種快速旋轉(zhuǎn)的中子星，擁有已知宇宙中最強(qiáng)大的磁場(chǎng)。
像所有的中子星一樣，磁星誕生于大質(zhì)量恒星在其生命末期，當(dāng)核聚變的燃料耗盡時(shí)坍縮。恒星的外層脫落，留下一個(gè)質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)?shù)暮阈呛诵摹＿@坍縮到地球上一個(gè)城市的寬度，留下了一個(gè)直徑超過(guò)12到20英里的恒星殘骸——中子星。
但因?yàn)榻莿?dòng)量在物理學(xué)中是守恒的，這種快速收縮也導(dǎo)致中子星“旋轉(zhuǎn)起來(lái)”，并以每秒700次的速度旋轉(zhuǎn)。它還將垂死恒星的磁場(chǎng)線擠壓得更近，更近的磁場(chǎng)線意味著更強(qiáng)的磁場(chǎng)。所有的中子星都有很強(qiáng)的磁性，但是大約1%的中子星擁有已知宇宙中最強(qiáng)的磁場(chǎng)，這些被稱為磁星。根據(jù)美國(guó)宇航局的說(shuō)法，磁星的磁場(chǎng)可能比地球的磁氣圈強(qiáng)一千萬(wàn)億倍。這些強(qiáng)大的磁場(chǎng)可能導(dǎo)致磁星爆發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致FRB。

磁星的圖解說(shuō)明，它是發(fā)射FRB的主要嫌疑犯。(圖片來(lái)源:uux.cn/NASA)
這個(gè)起源模型的有力證據(jù)來(lái)自2020年，當(dāng)時(shí)銀河系無(wú)線電波爆炸FRB 200428被追蹤到磁星SGR 1935+2154。這項(xiàng)探測(cè)工作背后的團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RB 200428與X射線爆發(fā)相對(duì)應(yīng)，這表明有利于磁星爆發(fā)和耀斑引起的電磁輻射脈沖的發(fā)射模型可能是FRB的原因。研究人員說(shuō)，磁星將在這次發(fā)射中幸存下來(lái)，這可以解釋為什么一些FRB會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。
中子星的碰撞和隨后的合并也被認(rèn)為是FRB的一個(gè)可能來(lái)源。當(dāng)中子星相互撞擊時(shí)，這種碰撞留下了一個(gè)高度磁化的“超大質(zhì)量致密物體”，它迅速坍縮成黑洞，噴射出超大質(zhì)量黑洞前身物體的磁層，從而導(dǎo)致FRB。
這個(gè)想法得到了2022年探測(cè)到的一個(gè)FRB的支持，這個(gè)FRB似乎與中子星合并發(fā)出的引力波有關(guān)。這種合并將是一次性事件，可能會(huì)導(dǎo)致不重復(fù)的財(cái)務(wù)報(bào)告準(zhǔn)則。然而，這無(wú)法解釋為什么有些財(cái)務(wù)報(bào)告準(zhǔn)則會(huì)重復(fù)。
根據(jù)行星協(xié)會(huì)的說(shuō)法，另一個(gè)可能的“崩潰場(chǎng)景”是關(guān)于FRB的產(chǎn)生，與“閃電”有關(guān)。這種強(qiáng)烈的無(wú)線電波爆發(fā)是由一顆超大質(zhì)量中子星的突然坍縮引起的，這顆中子星本應(yīng)立即坍縮成黑洞，但卻受到了自身快速旋轉(zhuǎn)的保護(hù)。
白矮星是當(dāng)像太陽(yáng)這樣的低質(zhì)量恒星耗盡核聚變所需的氫時(shí)形成的，當(dāng)它們碰撞和合并時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生高度磁化的恒星。這些碰撞也可能引發(fā)稱為Ia型超新星的宇宙爆炸，如果這些超新星和FRB之間存在聯(lián)系，就可以發(fā)現(xiàn)這種爆炸。也有可能白矮星與中子星的碰撞產(chǎn)生了磁星，導(dǎo)致了FRB。
根據(jù)行星協(xié)會(huì)的說(shuō)法，一種外部的可能性表明，F(xiàn)RB實(shí)際上并不來(lái)自銀河系以外的來(lái)源，而來(lái)自河外來(lái)源的外觀是在這些射電爆發(fā)穿過(guò)恒星周圍厚厚的等離子體介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的。這將意味著FRB是銀河系中閃耀恒星的結(jié)果，如果FRB被發(fā)現(xiàn)與我們銀河系中的變星有關(guān)，這一點(diǎn)就可以得到證明。但是這種聯(lián)系還沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)。
快速無(wú)線電突發(fā)專家問(wèn)答
我們就快速射電爆發(fā)問(wèn)題采訪了科廷大學(xué)天體物理學(xué)碩士研究生亞歷克斯·莫羅亞努。
亞歷克斯·莫羅亞努天體物理學(xué)家
Alex Moroianu是科廷大學(xué)的天體物理學(xué)碩士畢業(yè)生。2023年3月，Moroianu在《自然》雜志上發(fā)表了一篇論文，幫助解開(kāi)了圍繞快速射電爆發(fā)的一些謎團(tuán)。
你的研究如何與快速射電爆發(fā)聯(lián)系起來(lái)？
我們的研究集中在測(cè)試快速射電爆發(fā)的源頭。目前，主要的候選源是年輕活躍的磁星(高磁化中子星)。
還有其他可能的快速射電爆發(fā)源嗎？
快速射電爆發(fā)的特性——即中繼器和非中繼器之間的差異——意味著可能有多個(gè)來(lái)源。致密天體合并(即黑洞和/或中子星之間的合并)長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是潛在的FRB源。
如何證明黑洞合并和快速射電爆發(fā)之間的聯(lián)系？
我們的研究尋找這種致密天體合并發(fā)出的引力波和快速射電爆發(fā)之間的巧合，以調(diào)查它們是否相關(guān)。然而，重要的是要注意，如果發(fā)現(xiàn)它們是相關(guān)的，緊湊對(duì)象合并只能解釋大約1%的FRB。那是非常聰明的復(fù)讀生。因此，我們?nèi)匀恍枰{(diào)用活躍的磁星和其他潛在的來(lái)源來(lái)解釋其余的99%左右。
為什么快速射電爆發(fā)被認(rèn)為是神秘的？
快速射電爆發(fā)是神秘的，因?yàn)榧词刮覀冊(cè)谶^(guò)去的幾十年里探測(cè)到了數(shù)百次，我們?nèi)匀徊荒芡耆_定它們來(lái)自哪里！