這兩天,隨著一個新的天文發(fā)現被國內某些媒體報道,“外星人”要來了的消息席卷了部分人的朋友圈。
具體的發(fā)現是這樣的:一支加拿大科學團隊發(fā)現了史上第二次重復快速射電暴(FRB),研究成果以兩篇論文的形式 9 日在線發(fā)表在《自然》雜志上,介紹了包括這次 FRB 在內的 13 個最新探測到的射電暴。而在此之前,人類僅發(fā)現過一個 FRB,這一新源頭的出現,將極大促進天文學家對這種神秘河外射電束的理解。
加拿大CHIME望遠鏡探測到FRB快速射電暴
英國《自然》周刊9日載文說,加拿大氫強度測繪實驗(CHIME)射電望遠鏡2018年夏天測試期間13次探測到快速射電暴,其中代號FRB180814.J0422+73的快速射電暴最令天文學家興奮,自從2018年8月14日首次出現以來,這個快速射電暴又在15億光年外的宇宙深處重復出現了至少5次。
15億光年外遙遠的無線電波信號涌入到這里,這款叫CHIME望遠鏡能夠快速捕捉射電暴。如果說之前脈沖星意外發(fā)現神秘伽馬射線脈沖是一個神秘驚喜的話,那21世紀最神秘驚喜就是快速射電暴(FRB),因為它意味著是某種能量極強的事件在遙遠的地方發(fā)生,我們在地球上觀察到的就是短暫的無線電波脈沖。快速射電暴是一個激動人心的謎團,目前我們無法解釋FRB究竟是意味著什么?我們有很多猜想。
這款望遠鏡位于加拿大不列顛哥倫比亞省,全名叫氫強度映射試驗望遠鏡,我們簡稱CHIME,它不是你想象當中望遠鏡的樣子,這臺物理望遠鏡沒有可移動部件,它只有20米寬100米長的金屬槽,可是它所探測到的區(qū)域十分巨大,這是他們的優(yōu)勢之一。金屬槽的設計可以看到天空中一個條形的范圍,隨著地球自轉這個條形每24小時在整個天空掃過一圈。此次發(fā)現的射電暴達到了前所未有的量級,是迄今為止找到的快速射電暴的幾百倍,在世界所有望遠鏡中,這款望遠鏡的發(fā)現射電暴的效率是最高的。
它是通過不斷產生數據,大約是普通射電望遠鏡數據的100倍,因此計算的難度相當大,而且快速射電暴的數據是實時流動的,所以說CHIME可以稱的上是這個領域的探路者或者說是領軍者,在實時的快速射電暴系統中,每組數據只能看一眼,因為一秒之后數據就消失了,所以說建立這個系統是一個真正的挑戰(zhàn),可以說是軟件開發(fā)中一個不同以往的攔路虎。在前期剛開始研究FRB的幾周時間內,發(fā)現的快速射電暴是兩天一個左右。
FRB 是一種來自銀河系之外的遙遠無線電波短脈沖,由于是無線電,一直都有人想當然地就認為它的出現與外星智慧文明有關,進而故意夸大甚至混淆它最有可能的產生機制。這一次該發(fā)現在國內的傳播也屬于這種情況。目前科學界對其了解仍然非常有限,只知道它是從非常強大的磁場中發(fā)射出來的,但來源是什么根本仍毫無頭緒,這也是為什么科學界鮮有發(fā)現 FRB 就判斷它與外星智慧有關的最主要原因。
快速射電暴是一種持續(xù)時間只有幾毫秒的無線電波爆發(fā)事件。自從2007年首次發(fā)現以來,天文學家共探測到60多次快速射電暴。其中,只有波多黎各阿雷西沃天文臺2012年探測到的代號FRB121102的快速射電暴重復出現過,據推測源自地球25億光年之外的遙遠星系。
快速射電暴被認為是一種頻繁發(fā)生的宇宙現象,但科學家對其發(fā)生原因尚不清楚。這次研究的通訊作者、麥基爾大學天文學家什里哈什·滕杜卡爾認為,快速射電暴可能由“稠密、動蕩的寄主星系”產生,重復出現排除其“災難性源頭”的可能。“例如,兩顆中子星合并,或者中子星被黑洞吞噬,不可能產生快速射電暴。”
這些快速射電暴能量極強、頻率很高。我們所在星系中最相近的類似物(脈沖星)比它們微弱萬億倍。我們想要搞清楚,它們究竟是什么天體發(fā)出的、它們與其它已知的宇宙中的爆炸和天體(比如伽馬射線、超新星和中子星等)有什么關系。了解這些后,我們對宇宙就會有更完整的認知。
這些快速射電暴還能幫助我們,不用現有已知手段,就確認宇宙中的電磁場分布。這樣,我們就能研究宇宙結構和天體的分布。
認為“射電暴來自外星文明”的想法完全沒有任何依據。針對快速射電暴的產生原理,我們制作了很多不同的模型。目前,因掌握的快速射電暴數據很少,很難對大部分模型做排除,但此次發(fā)現,使一些大爆發(fā)模型和一些不會產生任何低頻射電暴的模型遭到懷疑。真的沒有任何理由認為快速射電暴來自外星文明或者外星人。
這一次的發(fā)現則是在新探測器試運行期間發(fā)現的,其最重要的價值,一方面是證明了新探測器的效果還是比較優(yōu)異,有望在未來 FRB 數據采集工作中發(fā)揮重大作用,另一方面也預示著,可能存在更多的 FRB。
在 CHIME 開始收集數據之前,有科學家認為它設計涵蓋的無線電波長頻率太低,不足以探測到快速射電暴。已知的快速射電暴,大多數頻率都接近 1400 赫茲,遠高于 CHIME 400 到 800 赫茲的探測范圍。
然而,團隊發(fā)表于 1 月 9 日《自然》的兩篇研究表明(于同日在西雅圖舉行的美國天文學會的會議上進行了展示),這些懷疑都是多余的,因為他們探測到的 13 個快速射電暴,大多數都遠低于 CHIME 所設定的頻率上限。其中一些的頻帶底部信號非常亮,這表明其他潛在快速射電暴的頻率可能比 400 赫茲還要低。
被檢測到的 13 個快速射電暴中,大多數都有“散射”的跡象,這揭示了無線電波源的周圍環(huán)境。根據觀測到的散射量,研究人員得出結論,認為快速射電暴的來源是強大的天體,并更有可能位于特殊位置。
“無論這些無線電波源自哪里,看看它能產生多大范圍的頻率都是很有趣的。有一些模型的來源,從本質上就無法產生低于某一特定頻率的任何東西,”麥吉爾大學的 Arun Naidu 說。
“(我們現在知道) 這些源可以產生低頻無線電波,這些低頻電波可以逃離它們的環(huán)境,當它們到達地球時,不會因為太分散而無法被探測到。這能告訴我們一些關于快速射電暴所處的環(huán)境和來源的信息。我們還沒有解決這個問題,但至少謎題中又多了些線索。”來自加拿大國家研究委員會(National Research Council of Canada)的小組成員 Tom Landecker 表示。
曾經觀測到的FRB
綜合各射電望遠鏡的觀測數據,截止到 2017 年 1 月,共有 17 個非重復快速射電暴和 1個重復快速射電暴 (FRB 121102) 被探測到。對于非重復快速射電暴,除了 FRB 110523是在 800 MHz 波段被美國綠岸望遠鏡 (Green Bank Telescope,簡稱 GBT) 觀測到之外,其他16 個非重復暴均在 1 400 MHz 波段被 Parkes 觀測到。
而對于重復快速射電暴 FRB 121102,自 2012 年它被美國阿雷西博射電望遠鏡 (Arecibo Radio Telescope,簡稱 Arecibo) 探測到 1次爆發(fā)后,在 2015 年和 2016 年又被 GBT 和美國甚大天線陣 (Very Large Array,簡稱 VLA)先后探測到 25 次爆發(fā)。其中 12 次爆發(fā)是在 1 400 MHz 波段被 Arecibo 觀測到, 5 次爆發(fā)是在2 000 MHz 波段被 GBT 觀測到,而 VLA 在 3 000 MHz 波段觀測到了其余 9 次爆發(fā)事件 (在這 9 次爆發(fā)中,有 3 次同時也被 Arecibo 觀測到)。
這些重復爆發(fā)現象說明 FRB 121102 可能與其他非重復暴并不相同,代表了快速射電暴的新類別。人們認為重復快速射電暴可能起源于軟伽馬重復暴、脈沖星穿過小行星帶,或者中子星-白矮星雙星系統等。
對FRB的研究期待
快速射電暴是人們觀測到的最神秘的天體爆發(fā)現象之一,也是進展很快的領域。
從 2007年第一個快速射電暴被發(fā)現之后,截至 2017 年 1 月,已有 17 個非重復快速射電暴和 1 個重復暴被觀測到。對于重復快速射電暴 FRB 21102,人們已經觀測到其多波段對應體,并將定位精度提高到亞角秒量級,證認出宿主星系,并精確測定其紅移。
但遺憾的是,其他大量非重復暴的宿主星系和紅移并沒有得到嚴格證認,因此,快速射電暴的起源和物理本質尚不清楚。如果快速射電暴的確起源于河外,那么其在射電波段釋放的能量可以達到 1031 ~ 1033 J。
這么巨大的能量和光度,使之有望成為研究宇宙學的一個有力工具,如有助于測定宇宙中天體的距離、測量宇宙中的電子密度,甚至檢驗愛因斯坦等效原理,乃至檢驗光子靜止質量非零假設等。
此外,還可以通過色散延遲空間的畸變分析宇宙物質分布的成團性,測量宇宙大尺度結構。快速射電暴的毫秒時標和強流量暗示它們的前身星可能是致密天體。而一些可能的前身星模型中,如雙中子星碰撞或者帶電黑洞的并合,可能會伴隨著伽馬射線暴和引力波輻射。
最新的觀測結果表明, FRB 110314 存在一個可能的伽馬波段的對應體,其在爆發(fā)時的各向同性能量可高達 5 × 1044 J。針對這些關聯爆發(fā)的觀測和理論研究有可能是快速射電暴研究的下一個突破口,將是未來關注的重點。
作為世界上最大的單口徑射電望遠鏡,中國的 500 m 口徑球面射電望遠鏡 (Five-hundredmeter Aperture Spherical Radio Telescope,簡稱 FAST) 已于 2016 年 9 月初步建成。 FAST的有效口徑為 300 m,天頂角可以達到 40?,目前可開展低頻射電波 (70 MHz ~ 0.5 GHz) 和中頻射電波 (0.5 ~ 3 GHz) 的觀測,覆蓋了目前快速射電暴的主要觀測波段 (1 400 MHz 波段)。
因此, FAST 對快速射電暴的觀測十分值得期待。 研究者分析了 FAST 對快速射電暴的觀測率,他們預計在 1 000 h 的觀測時間內, FAST 可以觀測到 5 ± 2 個快速射電暴。我們期待 FAST 盡快開展相關觀測,為人們提供更多的快速射電暴樣本。
總之,盡管快速射電暴的研究已經取得一些初步進展,但目前的觀測資料依然非常缺乏。許多基本的問題,如起源、噴流效應、輻射機制等,都沒有得到解決。而隨著新的觀測結果不斷出現,一些新的問題,比如快速射電暴的分類、重復爆發(fā)現象、伽馬波段對應體、引力波輻射等,也在不停出現。我們期待更多的儀器能夠投入到相關觀測中來,以便觀測到更多的快速射電暴樣本及它們的多波段對應體,從而證認宿主星系和準確測定紅移,提供可靠的觀測證據。
隨著對快速射電暴的觀測和理論研究的不斷深入,人們將逐步揭開快速射電暴的本質,同時也為更多天體物理學的研究提供新的手段。
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原文標題:加拿大收到了外星人發(fā)來的信號?別瞎激動了!
文章出處:【微信號:WW_CGQJS,微信公眾號:傳感器技術】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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