快速射電暴研究取得巨大突破 進一步接近真相

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在揭示快速射電暴源頭的道路上，科學家又往前邁進一大步。快速射電暴是宇宙中能量最大的現象之一，持續時間只有短短千分之幾秒，但產生的能量卻相當於太陽80年所釋放能量的總和。在任何給定時刻，宇宙中都會出現數千場快速射電暴。但對於快速射電暴如何產生以及為何出現這種現象，科學家一直知之甚少。

快速射電暴是宇宙中普遍存在且釋放巨大能量的一種現象。但對於快速射電暴如何產生以及為何出現這種現象，科學家幾乎一無所知。造成這種尷尬的主要原因在於，自2007年首次發現快速射電暴以來，科學家從未完全確定它們的源頭。快速射電暴究竟由黑洞噴射還是飄忽不定的恆星橫衝直撞的產物？又或者是外星人試圖與我們取得聯繫？

在揭示快速射電暴謎團的道路上，科學家剛剛取得一項巨大突破。在《科學》雜誌27日刊登的一篇論文中，一支國際小組報告稱他們首次鎖定非重複性快速射電暴的源點。研究論文主執筆人、澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）天文學家基斯·班尼斯特表示：「這是我們第一次發現並鎖定快速射電暴的位置。我們利用望遠鏡進行所謂的『實景重播』，進而確定它的位置。」

「實景重播」系統是一項具有突破性的革新，有助於科學家揭示何種奇異的宇宙現象產生了快速射電暴。哥倫比亞大學天體物理學家布萊安·梅特澤格表示：「這是一項真正意義上的重大發現。」梅特澤格並沒有參與此項研究。

班尼斯特等人的關注焦點是快速射電暴180924，持續時間只有1.3毫秒。180924是天文學家發現的第86場快速射電暴。傳統理論給出的快速射電暴源頭包括黑洞、中子星、高能超新星、閃電星（一種假想脈衝星）或者暗物質塌陷。梅特澤格和他的同事認為快速射電暴由年輕磁星的極度活躍耀斑導致。這是迄今為止最令人津津樂道的快速射電暴理論之一。

2017年，科學家設法鎖定重複性快速射電暴121102的源頭，一個距地球30億光年的矮星系。與121102這樣的重複性快速射電暴相比，鎖定一次性快速射電暴源頭的難度更大。班尼斯特表示：「關鍵是要有一架既能發現快速射電暴，又能確定其位置的望遠鏡。此前的望遠鏡只能做到其中一點。」

CSIRO的ASKAP射電望遠鏡陣列座落於西澳大利亞州，由36個碟形天線構成。在這個望遠鏡陣列的幫助下，科學家確定了180924的位置。觀測時，ASKAP的天線全部對準夜空中的同一個區域。班尼斯特和他的研究小組還改進相關係統，讓收集快速射電暴數據成為可能。此外，他們還定製每秒可進行10億次不同測量的硬體，同時研發軟體，對數據進行實時分析。

一旦ASKAP探測到快速射電暴，便停止數據收集，軟體處理每個天線在過去3秒收集的原始數據。最初的快速射電暴信號以不同時間抵達每個天線，天文學家可以利用抵達時間的微小差距，估算快速射電暴的位置，精確度可達到0.1角秒左右。隨後，研究小組對源點進行成像並利用三個強大的地面望遠鏡——歐洲南方天文台的甚大望遠鏡，夏威夷的凱克望遠鏡和智利的雙子南座望遠鏡——測算距離。

快速射電暴180924座落於一個距地球36億光年的星系的外緣。這個星系處在天鵝座，個頭、外形和亮度與銀河系相當。與其它快速射電暴一樣，星際氣體導致180924偶爾減慢腳步。這種效應被稱之為「彌散」。天文學家能夠利用彌散效應猜測氣體的類型以及快速射電暴在奔赴地球過程中遭遇了多少星際氣體。

麥吉爾大學天文學家什里哈爾·特杜爾卡表示：「對於非重複性快速射電暴，我們只有一次機會去發現並測算它的位置。ASKAP團隊幹得漂亮。」特杜爾卡並沒有參與此項研究。

班尼斯特表示：「這一發現帶來了更多疑問。我們現在知道快速射電暴能夠在宇宙中非常被動的區域發生。我們此前認為需要大量恆星形成過程才能產生快速射電暴。」他認為新發現對某些模型不利。180924來自於星系外緣，這意味星系中央超大質量黑洞並非快速射電暴的常見源頭。此外，非常年輕的恆星——例如超新星爆炸後形成的年輕磁星——也可能被排除在外。班尼斯特稱：「我們必須重新回到製圖板，思索快速射電暴如何在各種環境下產生。」

並非每個人都認為新發現意味著我們需要調整當前的快速射電暴理論。康奈爾大學天文學家詹姆斯·考德斯指出中子星，尤其是磁星仍舊是可能性最大的快速射電暴源頭。有理論認為快速射電暴在超明亮超新星爆炸中形成，這種超新星更有可能在金屬濃度較低的矮星系形成。他說：「這種理論在一定程度上仍舊成立，新發現的快速射電暴及其所在的星系可能是一個反例。」考德斯並沒有參與此項研究。

重複性和非重複性快速射電暴可能要用不同的模型加以解釋。特杜爾卡表示：「在擁有遠古恆星的大質量星系的外緣尋找年輕磁星就像在撒哈拉沙漠尋找一頭鯨魚。重複性和非重複性快速射電暴的源頭可能截然不同。」

班尼斯特並不認為新發現徹底將磁星排除在潛在源頭之外。也許，磁星的類型和形成條件要超出科學家此前預計。他說：「可能存在更多方式形成可產生快速射電暴的磁星。大自然的快速射電暴製造方式並不只有一種。」

只有收集更多快速射電暴數據，科學家才能解答這些問題。毫無疑問，班尼斯特和他的團隊為科學家深入研究這種現象鋪了一條新路。確定快速射電暴的源點能夠進一步縮小「犯罪現場」可能物品的範圍，有助於科學家找到「元兇」。此外，科學家可以利用快速射電暴的彌散測繪宇宙中的物質分布，進而解答宇宙學方面的諸多疑問。

來源：漫步宇宙

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