寻找快速射电暴的源头 | 最新发现

2001年澳大利亚的帕克斯望远镜（Parkes telescope）第一次探测到了快速射电暴。

天文学家从来没有见过这种现象。2001年8月24日，他们接收到了一个来自数十亿光年以外并持续5毫秒的射电暴。

邓肯·洛里默（Duncan Lorimer）在2007年分析帕克斯望远镜的信号时发现了这次射电暴。“它太强烈了，我们不能忽视它，但是我们并不知道这是什么。”

这种射电暴通常来自脉冲星（猛烈旋转的中子星），它的射电信号会被地球上的射电望远镜有规律的检测到，但是这次射电暴的能量远远高于其它已知的脉冲星射电暴。

在与他的前导师马修·柏莱斯（Matthew Bailes）仔细分析了这些数据之后他意识到这个发现的重要性，如果这个射电源确实如此遥远，那么其在几毫秒内爆发了相当于5亿个太阳的能量。

但是，当没有更多的信号出现时，最初的兴奋慢慢变成了疑惑。科学家认为这些未知的射电信号可能是由手机、散射雷达、奇特的天气或者仪器故障导致的，但是在过去的几年里，帕克斯望远镜和其它射电望远镜再次发现了类似的信号，使洛里默爆发更加广为人知。今天，2001年的爆发被认为是发现了一种新的快速爆发源（FRBs），但它仍然是天文学中最令人费解的谜团之一。

不管这些物体是什么，观察都表明它们在普遍发生，平均每10秒天空中就会爆发一次。理论学家提出了黑洞蒸发、中子星碰撞和巨型磁暴等等假说，但是至今都没有合适的模型来解释所有观测结果。

但是，我们也许很快就能知道真相了。全世界的望远镜都在寻找这些神秘的爆发。比如，2017年底，位于英属哥伦比亚的加拿大氢离子强度巡天望远镜（CHIME）每天都应该可以观测到十几条FRBs信号。

谜团重重

天文学家最初对于洛里默爆发确实存在的信心是很大的，直到2010年，Sarah Burke-Spolaor 在整理帕克斯望远镜数据时，又发现了的16组信号。这些信号在很大程度上和洛里默爆发相似，他们也发生了位移，高频率的波是在低频率波的几百毫秒之前出现。这些位移证明了这些信号很可能来自于银河系之外。星际电子云可以和低频率的电磁波发生作用，使它们比高频电磁波晚到达地球。洛里默爆发的延迟很大，说明这些电磁波需要穿越远远超过银河系数量的星际电子云。

但是伯克（Burke-Spolaor）发现的信号也和洛里默爆发的信号有一些不同：伯克发现的信号来自于各个方向，不论望远镜转向哪里，都可以接收到这个信号。现在这些信号有可能是人造信号产生的干扰，或者闪电导致的。

洛里默最终决定推迟对FRBs的研究。“我还没有取得终身教授的席位，所以我还是应该把更多的时间放在主要的研究上。”但是贝利斯（Bailes）和他的团队继续对洛里默爆发进行了研究。2013年，他们又发现了四条可能是洛里默爆发的数据。外人对于他们的研究仍然持怀疑态度，很多人认为这些信号并不是来自外太空的，毕竟直至现在，全世界只有一台望远镜观测到过这种信号。

“我多么希望别人也能发现类似的数据啊”，贝利斯说。

终于在2014年，马克思·普朗克研究所的一群由劳拉·斯皮特勒（Laura Spitler）带领的天文学家宣布了他们也用阿雷西博射电望远镜观测到了这一现象。

劳拉·斯皮特勒的发现让很多人相信FRBs是真实存在的。但是，在伯克信号没有得到解释之前，结论仍有待商榷。

来自荷兰天文台的天文学家艾米莉·彼得罗夫（Emily Petroff）用升级过的帕克斯望远镜在中午进行观测。很快我们就接收到了一条类似的可疑信号，我们很快就找到了信号源。这些信号其实是因为科学家中午打开微波炉产生的。但是记录显示，观测的时间和望远镜指向的方向似乎都不可能收到厨房微波炉的干扰。

“我当时有些担心，有可能阿雷西博望远镜只是观测到了来自微波炉的信号。“贝利斯说。但是在2015年，西弗吉尼亚的绿岸天文台也发现了类似的信号。这组信号的特征再一次证实了这些信号的确来自宇宙。

灵光一现

但是我们依然不知道FRBs的来源到底是什么。这些信号很短，大概只有5毫秒，所以这个天体直径应该只有几百千米。黑洞，中子星，或者超新星的致密内核都有可能是这些信号的来源。尽管我们可以确定信号的能量巨大，但是仍有很多天体满足这一条件，比如黑洞合并，磁星超级耀斑等。

今年年初斯皮特勒（Spitler）团队报告发现了来自同一个源的两次FRBs信号，而且有些信号在几分钟之内重复发生。这一现象也被绿岸望远镜证实了。在这之前，所有的FRBs信号都只被监测到过一次。似乎这些信号的来源都是一次毁灭性的爆炸或者碰撞，但是多次接收到这些信号证明了这些信号源并没有被摧毁。彼得罗夫说，“我认为这些信号可能来自于一些中子星——目前我们所知的少数可以在爆发之后活下来的星体”。

斯皮勒也认同这种观点。一次超新星爆发产生了蟹状星云和一颗高速旋转的脉冲星。这颗脉冲星偶尔会产生一些很强的射电信号。如果这些星云离我们距离更远，质量更大，它就很有可能会产生像FRBs的信号。虽然这种信号重复没有被其它望远镜发现，斯皮得勒也解释说这有可能是因为其它望远镜不够灵敏，或者是他们不够幸运。

道阻且长

我们仍然无法确定FRBs的爆发源离我们有多远。这20个爆发源似乎离我们很远，而且并不集中在银河吸积盘上。这似乎可以证明，这些信号来自于银河系外。

哈佛大学教授艾维·罗勃（Avi Loeb）认为，这些发射源不可能离我们太过遥远。“他们在短时间内释放出了如此巨大的能量，而且没有自我摧毁，这些因素都限制了他们与我们的距离。”他认为FRBs的来源很可是被电子云挡住的中子星。

也有很多科学家认为如此巨大的电子云应该可以被其它波段的信号发现。加州理工的天体物理学家库尔卡尼（Shri Kulkarni）在分析了几个不同望远镜的数据之后，并没有发现这一电子云的存在。

当然，库尔卡尼的这一结论并不能排除FRB信号很可能来自于距离我们10亿光年的一个星系，FRBs的信号穿过了其来源星系的电子云。当然这些信号源离我们越近，其所需放出的能量就越小。

如果这些信号源的确来自其他星系，那么它将可以帮助我们了解其它星系的结构，并证明空间物质的存在。

空间物质是一个困扰了科学家们数十年的问题。由于科学家计算的宇宙质量远大于所有星体的总和，因此科学家们认为宇宙中应当存在很多冷物质。如果FRBs信号真的来自其它星系，他们将可以帮助我们计算出空间物质的密度。但是天文学家依然需要更多的数据来确定FRBs信号来源的确切位置。

方兴未艾

确定FRBs信号源头的办法之一就是让多台望远镜在不同的波段同时观测。从去年起，帕克斯望远镜团队就开始对望远镜进行升级。在每天两个小时的时间段中，他们实验性的把望远镜指向60亿光年之外的的一个星系。

新建成的射电望远镜也可以更好的帮助我们监测FRBs爆发。2014年，麦吉尔大学的天体物理学家维多利亚·卡斯比（Victoria Kaspi）希望可以改造CHIME望远镜来监测FRBs爆发。CHIME原本是用来绘测宇宙早期膨胀图像的，它可以监测更大面积的天空，在经过简单的改造之后，它将有可能在明年开始监测FRBs爆发。卡斯比预测，CHIME望远镜每天都可以发现10余个信号源。

在澳大利亚，贝利斯和他的团队翻新了莫伦古天文台的望远镜，并将其用于FRBs监测。目前它已经发现了3个FRBs信号源。

另外一个确定FRB源头的办法是利用大型的射电望远镜阵列，利用其到达各个望远镜的时间差来获得其高分辨率的图像。新墨西哥的27台望远镜阵列将可以完成这一任务，洛里默预测明年我们就可以确定一个FRBs爆发的来源。

库尔卡尼在同时引导两个项目，第一个是用10个5米望远镜组成的阵列对大面积天区进行监测，另一个是利用两个距离450KM的望远镜来探测FRBs信号。

通过研究FRBs信号，我们将可以更好的研究这些星际间的冷物质。当然，FRBs信号的源头也有可能是其它神奇的东西。如罗勃所言：“自然比人类更加异彩纷呈。”