一個信號能量是太陽一年80倍！宇宙想告訴我們什麼？

　　來源：科學大院

　　近期，澳大利亞科學家宣布了一項驚人的消息：得益於越來越先進的望遠鏡陣列技術，他們在過去的一年裡發現了20個新的快速射電暴（Fast Radio Burst，FRB），幾乎將過去十年的發現數量翻了一番！

藝術家對「快速射電暴」的描繪 圖片來源：OZGRAV / SWINBURNE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

　　這一批新的快速射電暴是被位於默奇森射電天文台（Murchison Radio-Astronomy Observatory）的澳大利亞平方公里陣列射電望遠鏡（Australia Square Kilometre Array Pathfinder，ASKAP）觀測到的。

　　那麼，所謂的「快速射電暴」究竟是什麼？它將給人類帶來哪些信息？

　　跋山涉水遇見人類

　　大約在十年前，天體物理學家們在早已歸檔的帕克斯天文台脈衝星數據中發現了一個被忽視的信號——一個僅持續了幾毫秒的短促而明亮的射電脈衝。這個信號的太空旅行長達數十億年，在穿越一個個稠密的星系、飛掠星際中的氣體和塵埃後逐漸減速，已不復最初的模樣。  

　　科學家確定，這個信號既不是望遠鏡的故障也不是噪音，他們把它稱作「快速射電暴」，是一種未知來源的高能天體物理現象，表現為平均持續幾毫秒的瞬態無線電脈衝，每個快速射電暴的能量相當於80年來太陽發射出的總能量。

　　自2007年首次發現的快速射電暴以來，到這次的發現「大爆發」之前，科學家只發現了34次這樣的信號。外媒New Scientist曾表示，有人認為這些信號是智慧外星文明發送的——如果真這樣的話，他們肯定先進得可怕，發射一個幾毫秒的信號就得輸出太陽80年釋放的能量。

　　不過，說快速射電暴來自外星文明還只是推測。目前，基於對等離子體擴散（plasma dispersion）效應的測量， 科學家只能證明快速射電暴距離我們相當遙遠。快速射電暴的色散量要遠遠超過銀河系星際介質的貢獻，因此一般認為它們是河外起源甚至是宇宙起源。 近期發現這批新快速射電暴的澳大利亞天文學家瑞安·香農（Ryan Shannon）說：「利用ASKAP的寬視場、大光譜帶寬和極快的測量速度，我們證明了快速射電暴來自宇宙遙遠的另一邊，而不是來自我們的銀河附近。」 

YMW16預估的189個脈衝星在銀河系坐標中的位置

　　快速射電暴的距離對分析其起源以及與銀河系的位置關係（河內源或河外源）非常重要。去年年初，中國科學院新疆天文台博士生姚菊枚曾成功構建了電子密度模型（簡稱YMW16），這是第一個包含了大、小麥哲倫雲和星系間介質中局部自由電子密度分布的模型，提供了關於已知和假設的快速射電暴距離估算的有用信息。相對於經過近十多年觀測的其他模型，YMW16更容易發現快速射電暴，不僅提高了銀河系脈衝星模型距離精度，更是快速射電暴距離估算的絕佳模型。  

銀河之下的ASKAP

　　探索未知物質，檢驗已有假設

　　神秘的快速射電暴經過漫長的星際旅行才最終抵達地球，它能給我們帶來什麼信息呢？

　　在快速射電暴抵達地球的時候，它所攜帶的信號波長不同，運動速度不同，到達地球的時間也不同。通過記錄不同波長的到達時間，科學家們就能知道快速射電暴在漫長的旅途中經歷過多少星際物質，利用它們探測位於星系間的空間里神秘的未知物質。

　　除此之外，快速射電暴還能對愛因斯坦廣義相對論中的弱等效原理（weak equivalence principle）進行檢測。早在2015年的時候，中國科學院紫金山天文台「高能時域天文」團組就在《物理評論快報》上發表了關於愛因斯坦等效原理的最新檢驗結果。由於快速射電暴的光變曲線一般呈現簡單的單脈衝特徵，首席研究員吳雪峰（通訊作者）和助理研究員魏俊傑等人利用快速射電暴不同頻率光子到達地球的時間差，精確驗證了弱等效原理假設。

三個快速射電暴觀測對後牛頓參數γ差值的限制結果（γ反映了單位質量引起的空間彎曲）。任何符合愛因斯坦弱等效原理的引力理論（包括廣義相對論）框架下，不同檢驗粒子（非帶電）都會對應相同的後牛頓參數。

　　信號：我是誰？我在哪？我為何存在？

　　儘管在尋找快速射電暴上的進展相當可觀，但科學家們對這一現象的認識仍不比11年前深很多。「它們來自哪裡、如何形成又為何存在」，這些仍是未解之謎。目前科學家只是，猜測這些「宇宙的閃光」誕生於超新星爆發後形成的黑洞或中子星。它們或許還有其他許多同伴，科學家們經估算認為，每天都約有一萬個快速射電暴沖向地球（不會給對地球帶來很大影響），在消失前綻放短暫的光輝。

新墨西哥超大陣列（New Mexico『s Very Large Array）的射電望遠鏡有助於揭開快速射電暴的神秘面紗

　　在本次新增的這20個快速射電暴里，包含了迄今為止發現的亮度最高的一個；但令一些科學家有些失望的是，其中並沒有他們最為期待的那一類，即曾不止一次出現的那一種。

　　目前有且只有一種快速射電暴被重複探測到過，以編碼121102命名。2012年，人們首次觀測到121102時，也認為它是獨一無二的，就像其他快速射電暴一樣。因為研究人員認為，快速射電暴能量巨大，它們可能會直接破壞自己的源頭，也就不會有另外來自同樣環境下的爆發了。但出乎大家的意料，121102的數量一路飆升（同一編號的快速射電暴只算做「一個」），截至上個月已有近300個121102被記錄（這還得感謝機器學習演算法，它能檢測到被經典演算法遺漏的信號）。一石激起千層浪，這一令人驚訝的結果使得科學家們不得不重新思考快速射電暴的起源之說了，甚至引發了快速射電暴是否是外星文明表明自己存在性訊號的爭論。  

　　在進一步努力研究下，121102的來源終於被追溯到距離地球約25億光年的一個小而黯淡的星系，但它重複出現的把戲仍讓科學家們摸不著頭腦。

　　快速射電暴的存在本身就是一種提醒（不論是善意安慰的還是令人生畏的）：宇宙中沒有哪一個星體或是星系是孤島般的存在，在星系間傳遞信息的可能性是存在的，並且有些星球的居民擁有觀測到信息的能力。

　　即使時間再過去一個十年，天體物理學家們可能還是不能對快速射電暴有更多的理解；但在這次的探測結果中，科學家或許還會有其他的奇妙發現。讓我們拭目以待吧。

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