一個神秘信號轉瞬即逝，竟然源自30億光年以外？

作者：艾麥樂

編輯：Steed

天文學家首次鎖定了一個快速射電暴（Fast Radio Burst，縮寫為FRB）在天空中的確切方位，從而確定了這一神秘射電波脈衝源頭的距離以及它所處的星系。這些新的線索推翻了有關快速射電暴來源的一些理論解釋。

天文學家使用射電望遠鏡陣，精確測定了一個快速射電暴的方位。圖片來源：Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF; Hubble Legacy Archive, ESA, NASA

「現在我們知道，這一射電暴源於距離地球超過30億光年的一個矮星系，」美國康奈爾大學的沙米·查特吉（Shami Chatterjee）說，「僅憑這一簡單的事實，便能極大地增進我們對於這些事件的理解。」查特吉及其同事在《自然》雜誌上公布了他們的這一發現。

快速射電暴是一種高能的射電波暴發現象，持續時間極短（毫秒量級），具體來源仍是未解之謎。這類現象最早在2007年被人發現，當時，一些天文學家在澳大利亞帕克斯射電望遠鏡的觀測資料庫中進行了搜索，本打算從中發現一些新的脈衝星，結果卻找到了已知的第一個快速射電暴——那個射電暴出現在2001年。

如今，已知的快速射電暴已有18個之多，全都由單面射電望遠鏡發現，因而無法足夠精確地測定它們在天空中的方位，也就無法讓其他天文台跟進觀測，去確定這些射電暴的源頭所處的環境，或者在其他波段去尋找它們。然而，2012年11月由位於波多黎各的阿雷西博天文台發現的那個快速射電暴，卻跟其他任何一個快速射電暴都不一樣——只有它反覆出現了多次。

這個快速射電暴被命名為FRB 121102，它的反覆爆發讓天文學家有機會使用美國的甚大陣（VLA）射電望遠鏡對它展開觀測。VLA由多面射電望遠鏡天線構成，有著無與倫比的解析能力，能夠精確測定這個天體在天空中所處的方位。

2016年，在為期6個月、總共83個小時的觀測時間內，VLA檢測到了來自FRB 121102的9次射電波爆發。

美國加利福尼亞大學伯克利分校的凱西·勞（Casey Law）說，「有很長一段時間，我們一無所獲，然後突然出現的一串爆發我們提供了所需的數據。」

美國西弗吉尼亞大學和美國國家射電天文台的莎拉·伯克－斯珀絡（Sarah Burke-Spolaor）說，「VLA的數據讓我們把位置測定到了非常精確的地步。」

根據VLA測得的精確位置，這些研究者利用位於夏威夷的北雙子座望遠鏡拍攝了可見光照片，在那個快速射電暴出現的方位上找到了一個暗淡的矮星系。北雙子座望遠鏡的觀測還測定了這個矮星繫到地球的距離，超過30億光年。

北雙子座望遠鏡在FRB 121102出現的位置上拍到了一個暗弱的矮星系，距離地球超過30億光年。圖片來源：Gemini Observatory/AURA/NSF/NRC

加拿大麥吉爾大學的施里哈希·坦都卡（Shriharsh Tendulkar）說，「在我們測出快速射電暴的距離之前，天文學家提出過一些理論來解釋它們的起源，認為它們可能來源於銀河系內或者銀河系附近。現在，我們已經推翻了那些理論，至少對這個快速射電暴並不適用。」

除了檢測到來自FRB 121102的明亮射電波爆發以外，VLA的觀測還揭露出同一區域存在持久且更加微弱的射電波輻射。

接下來，觀測團隊還使用了歐洲甚長基線干涉網（EVN）的多台射電望遠鏡、直徑304米的阿雷西博射電望遠鏡，以及美國的甚長基線射電望遠鏡陣，更加精確地測定了這一天體的位置。

阿雷西博射電望遠鏡

荷蘭阿姆斯特丹大學的賈森·赫塞爾（Jason Hessels）說，「這些超高精度的觀測表明，射電暴與持久射電源的間隔範圍必定在100光年以內。」

荷蘭VLBI ERIC聯合研究所的貝尼托·馬格特（Benito Marcote）說，「我們認為，射電暴和這個持久射電源很可能是同一個天體，或者彼此之間存在某種物理關聯。」

這些天文學家指出，首要的候選者是一顆中子星，可能是一顆高度磁化的磁星，被超新星爆發或者脈衝星拋出的物質所包圍，也有可能是那個星系的活動核心，則射電輻射則來源於超大質量黑洞周邊區域射出的物質噴流。

美國國家射電天文台的布賴恩·巴特勒（Bryan Butler）則提醒說，「我們還必須謹記一點，這是唯一會反覆爆發的快速射電暴，因此它在物理上或許跟其他快速射電暴有所不同。」

查特吉說，「找到這個快速射電暴所處的星系並測定它的距離，是向前邁出的一大步，但是想要完全理解這些現象，我們還有更多工作要做。」