近日，中國科學(xué)家借助500米口徑球面射電望遠鏡（“中國天眼”）發(fā)現(xiàn)了世界首例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴FRB 20190520B。那么，什么是快速射電暴？“中國天眼”是如何捕捉到它們的？這項新發(fā)現(xiàn)有什么重要意義呢？

別眨眼 有一束快速射電暴向你“飛”來

若能化身為“中國天眼”，我們就能“聽”到來自宇宙的“聲音”：137億年前，宇宙大爆炸時留下的微弱輻射信號；銀河系內(nèi)，脈沖星發(fā)出的周期性脈沖；還有我們今天的主角——來自銀河系外的快速射電暴。

繪圖：駱玫

快速射電暴是一種高能天體物理現(xiàn)象，它跟微波、紅外線、紫外線等一樣，都是一種電磁波，目前觀測到的波長從幾厘米到1米，表現(xiàn)出波動性。

它的爆發(fā)時間只有0.001秒。我們經(jīng)常用“一眨眼的功夫”比喻極短的時間，人類眨一下眼睛的時間大約是0.75秒，由此可見快速射電暴是轉(zhuǎn)瞬即逝的。但是，在這么短的時間內(nèi)，它卻能釋放相當(dāng)于太陽一整年輻射出的能量。

這么高的能量會不會對地球產(chǎn)生影響呢？如果在太陽系周圍出現(xiàn)，那后果是不堪設(shè)想的。好在目前發(fā)現(xiàn)的快速射電暴大部分來自遙遠的銀河系外，雖然爆發(fā)出的能量巨大，但到達地球之后信號已經(jīng)很微弱了。不僅不會對我們的生活造成影響，而且我們需要用“中國天眼”等設(shè)備才能感知其存在。

“中國天眼”：我要源源不斷接收“快樂”

在早期，科學(xué)家一直認為快速射電暴是“一次性”的，直到2016年才發(fā)現(xiàn)重復(fù)爆發(fā)的快速射電暴。但即便如此，短暫的邂逅仍不足以讓我們“看清”快速射電暴的“真容”。

而中國科學(xué)家在“中國天眼”的幫助下發(fā)現(xiàn)的快速射電暴，是世界首例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴（簡稱“重復(fù)暴”）。也就是說，截至目前，只有“中國天眼”源源不斷地接收了來自宇宙的“快樂”！這為科學(xué)家進一步揭開快速射電暴的起源、機制奠定了基礎(chǔ)。

快速射電暴的“家鄉(xiāng)”怎么找？?

除了快速射電暴之外，宇宙中還彌漫著各種電磁波信號，我們是如何對它定位的呢？這就要提到色散現(xiàn)象。

生活中最常見的色散現(xiàn)象，是雨后太陽光照射到空中的雨滴，被折射、反射，形成彩虹。如果我們把電磁波的不同頻率成分類比成不同顏色的光，那么，它們在傳播路徑中也會形成像彩虹一樣色彩斑斕的景象。

電磁波的色散現(xiàn)象與其傳播路徑中遇到的電子總數(shù)有關(guān)。電子好比雨滴，電磁波穿過的電子數(shù)越多，被色散得越厲害，不同頻率成分到達地球的時間間隔越久。通過計算不同頻率成分的時間延遲，我們就能得到電磁波在傳播時所經(jīng)過的電子總數(shù)。通過比對測量到的電子總數(shù)與該方向銀河系內(nèi)的電子數(shù)量，會發(fā)現(xiàn)大部分快速射電暴穿過的電子數(shù)量非常大，要遠遠高出該方向銀河系內(nèi)的電子數(shù)，也就是說，大部分快速射電暴的“家鄉(xiāng)”都在銀河系外。

快速射電暴的動態(tài)譜展現(xiàn)。黑色線條為快速射電暴，顏色由藍到紅代表其頻率成分從高到低。（朱禹豪 供圖）

“中國天眼”的貢獻使中國在快速射電暴研究領(lǐng)域站在了世界的第一梯隊，中國在天文設(shè)備的投入已經(jīng)初顯成效，相信中國下一代年輕人一定可以在天文領(lǐng)域取得更多突破。我們是宇宙中的一粒沙，宇宙中存在著許多我們目前無法理解的極端天體物理現(xiàn)象。雖然現(xiàn)在我們尚未完全理解快速射電暴這種來自宇宙中的神秘電波，但隨著天文技術(shù)的發(fā)展以及觀測樣本的增加，我們有朝一日一定可以揭開它的神秘面紗，就像屈原在《離騷》中的感慨：“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。”

知識鏈接

世界首例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴

天文學(xué)的起源主要來自人類對周期性的認識。此前，快速射電暴研究的難點之一在于從單個事件數(shù)據(jù)里能推測出的信息太少，而如果存在重復(fù)暴的話，它的研究價值就會大很多，例如，重復(fù)讓它更易被精確定位，使我們能了解其所處的星系和在星系中的位置；從它重復(fù)爆發(fā)的亮度、時間等分布，還可以分析其爆發(fā)機制。

這次發(fā)現(xiàn)的FRB 20190520B是世界首例持續(xù)活躍的重復(fù)暴，十分珍貴。因為其他活躍重復(fù)暴只有在爆發(fā)窗口期才能探測到信號，而在“中國天眼”的后續(xù)跟蹤觀測中，F(xiàn)RB 20190520B從未停止爆發(fā)。

后經(jīng)多臺國際設(shè)備天地協(xié)同觀測，F(xiàn)RB 20190520B的“家鄉(xiāng)”被鎖定在一個距離地球30億光年的貧金屬矮星系，確認了在其附近區(qū)域擁有目前已知的最大電子密度，并發(fā)現(xiàn)了迄今第2個快速射電暴的持續(xù)射電源對應(yīng)體。

“中國天眼”與快速射電暴

絕大多數(shù)的天文發(fā)現(xiàn)是由觀測設(shè)備的更新以及新技術(shù)應(yīng)用所推動的。“中國天眼”是世界最大、靈敏度最高的單口徑射電望遠鏡，能發(fā)現(xiàn)其他射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)不了的微弱信號。而且，它研究快速射電暴的優(yōu)勢并不在于樣本數(shù)量，而更在于樣本質(zhì)量。

由于快速射電暴在全天是隨機分布的，更大的視場有助于搜尋到更多的信號。為了擴大搜尋視場，“中國天眼”配備了19波束L波段接收機，仿佛明亮的眼睛，盯著不同方向，把原來的視場（望遠鏡所能看到的天空范圍）擴大了近19倍。不僅如此，“中國天眼”還可以利用地球自轉(zhuǎn)對天空進行漂移掃描。截至目前，它已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少6例新快速射電暴，為揭示宇宙中這一神秘現(xiàn)象的機制、推進天文學(xué)這一全新領(lǐng)域的研究貢獻著自己的力量！

（作者單位：中國科學(xué)院國家天文臺）