來自遙遠星系的快速射電暴

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來自遙遠星系的快速射電暴

就在最近，一次快速射電暴的位置被確定了。基於位於德國波恩附近的歐洲甚長基線網100米長的天線和阿雷西博天文台300米射電望遠鏡的推算，並運用射電干涉法確定了FRB121102在天空中的位置。即使它所屬的星系距離我們三十億光年遠，但使用這種方法能將射電源的位置誤差控制在100光年內。

天文學家首次確定了所謂快速射電暴的來源，但是長久以來並沒能解決所有問題。

宇宙在無線電波段是極其不平靜的：在天空中，每天大約會發生5000-10000次，持續數毫秒的閃光，人們首次成功確定了這些閃光的來源：它來自距離我們大約三十億光年的一個矮星系。我們將之稱作快速射電暴(Fast Radio Bursts-FRBs )，並定義為一種宇宙的、高能的天文現象。但是這些閃光是如何出現的，天文學家也無法說明。

距離首次發現快速射電暴已經過去了十年。由於兩個原因使得這項研究變得困難：

第一點是射電望遠鏡的觀察區域總是比較小。而快速射電暴發在天空中出現分布十分的隨機。因此，儘管這個現象出現的十分頻繁，被射電天文學家記錄下的次數至今卻寥寥無幾。根據每日實際記錄到的閃光次數，在文章開篇提到的每日發生次數只是一個估算。

第二點是關於一個射電望遠鏡的解析度。一個個人的射電望遠鏡的解析度不足以將閃光發生的位置信息精確到角秒。因此一直以來在光學上不能將其區分，而且無法確定閃光的來源。它們是來自銀河系的某一顆明亮的脈衝星，還是來自銀河系外，卻擁有極強的光度？

觀察到的快速射電暴用其被記錄的時間命名：JJMMDD，分別是兩位的年，月和日。

如今，來自美國紐約州康奈爾大學的Shamibrata Chatterjee率領的一支國際團成功的將一個星系確定為次快速射電暴的來源。這次成功是由於該快速射電爆發—FRB 121102的特殊性：它是第一個，也是至今為止唯一一個再次爆發的快速射電暴。歸功於FRB 121102的特殊性質，科學家們觀察到了多次的「現場」爆發，而通常情況下人們會先查找至今為止射電望遠鏡關於快速射電暴的檔案數據，FRB 121102的最早十次記錄的爆發也確由此發現。

值得的等待

不同於其他的快速射電暴，Chatterjee和他的同事們現在將美國新墨西哥州的甚大天線陣(Very Large Array-VLA)指向了FRB 121102，並期待著它的再次爆發。實際上，2016年8月23日是之後首次爆發。VLA收到了來自御夫座方向的射電信號。VLA擁有更高的解析度，因此將爆發來源的位置精確到十分之一角秒也是可能的。

藉助於夏威夷北雙子星望遠鏡的圖片檔案和爆發源所屬的一個距離我們約三十億光年遠的星系，研究者們在這個位置附近發現了一個持續穩定的，微弱的射電源。基於北雙子天文台的多目標光譜儀（GMOS）的測量，在VLA記錄到爆發後不久便得出了答案。

遺憾的是，沒有一般的射電暴模型適用於這個觀察結果。而確定的是，在一次快速射電暴中，巨大的能量會從一個極小的空間中釋放出來：這個射電源最大可以達到幾百千米，但最大不會超過輻射在爆發時間內經過的路程。一個持續2毫秒的爆發的最大範圍大約是2ms·30 000km/s=600km。

右邊的小圖中標記了FRB121102的所屬星系。這是由在夏威夷8米的北雙子望遠鏡記錄的。這個星系只有我們銀河系大小的十分之一，質量的千分之一。而且爆發的來源在該星系的邊緣區域，因此一般的爆發源於星系核的說法並不成立。

源頭來自哪裡？

在一個活動星系核裡面存在著一個極大質量的黑洞並且釋放出大量的輻射。人們通常只能在大質量的星系裡觀察到這樣的物體。而FRB 121102的所屬星系質量卻不大，只有我們銀河系大有十分之一的大小和千分之一的質量。閃光來自距星系大約0.2角秒的地方，在所屬星系範圍大約一半處。因為持續的無線電源和FRBs的爆發並不來自星系的中心，作為源頭的黑洞因此顯得不明顯。無論如何，確定一個矮星系的中心是很困難的，也有一種猜測，也許它的中心根本沒有黑洞。

磁星？

還有一個可能的解釋是磁星，由於超新星爆發誕生的有強力磁場的旋轉的中子星。這樣的磁星有可能產生這樣的無線電暴。

有一個可能是快速射電暴直接由磁星放出。如果是這種情況，那麼說明我們的銀河系裡存在著大量的能發出射電脈衝的磁星。所以對於這種解釋，我們必須找到另外的方法去解釋。除此之外，在這種情況下，不必等候FRB 121102的爆發，人們能定期的觀察到脈衝信號。它雖然會在活躍的階段一個小時內多次爆發，而後則會長達數個月沉寂。

另外一種可能是一顆磁星，劇烈爆發並釋放出巨大能量，並且釋放出的粒子高速旋轉。這樣就有可能與超新星爆發殘留的物質相互作用，產生快速射電暴。這種情況到底會不會出現，現在還沒有定論。

雖然初次鑒別了一個快速射電暴的來源，但是這仍舊不能回答快速射電暴產生的原因。像FRB121102這樣會多次爆發的特殊的快速射電暴並不能代表大多數。藉助於無線電干擾法，並利用這個獨特的性質計算出鑒別的條件，我們期待，在不久的將來也能了解那些只爆發了一次的快速射電暴。

本文譯自 《 Sterne und Weltraum 》

作者：楊·哈騰巴赫（Jan Hattenbach )

德文翻譯：系外行星地瓜君

編排：邱煜欣 | 配樂：解仁江

責任編輯：解仁江

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