宇宙之夜時不時會出現“砰！”的一聲，釋放出天文學家難以解釋的能量洪流。但他們並不介意：每當他們視野中的天空出現一個充滿能量的謎團時，往往會隨之出現具有劃時代意義的重大發現。脈衝星就是如此——快速旋轉的城市大小的恆星殘骸，持續發出射電波。 伽馬射線暴也是如此——可觀測宇宙邊緣的極端爆炸，被認為是由恆星合併和巨大恆星坍塌引起的。現在，這種模式再次出現，上週宣佈一個國際研究團隊探測到了來自神秘來源的短暫、明亮的射電波，這些來源可能位於數十億光年之外。該研究結果發表在7月5日的《科學》雜誌上，可以透過讓科學家測量星系際介質（星系之間的寒冷、彌散等離子體）的組成和動態，開啟一個全新的宇宙視窗。
該團隊使用澳大利亞的64米帕克斯射電望遠鏡收集的一年內來自大約10%天空的資料，探測到了來自銀河系平面之外的四個爆發，每個爆發只發生一次，持續幾千分之一秒。據英國曼徹斯特大學的博士候選人、該研究的負責人丹·桑頓表示，結果表明，這些“快速射電暴”或FRB可能每10秒左右發生一次，每天近10,000次。“如果我們有射電望遠鏡觀察整個天空，我們認為每天會看到這麼多，”桑頓說。“我們直到現在才看到更多這些，只是因為我們一直在少量時間內觀察天空的小區域。”
“如果在其他天文臺得到證實，帕克斯天文臺發現的快速射電暴將是一項里程碑式的發現，可以與宇宙學伽馬射線暴甚至脈衝星的發現相提並論，”加州理工學院的天體物理學家、未參與最近研究的施里尼瓦斯·庫爾卡尼說。“然而，偉大的發現需要最充分的證據，我熱切期待在其他射電波段和其他天文臺證實這些事件。”
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一閃而過，隨後是多年的不確定性
2007年，另一個團隊在分析帕克斯望遠鏡的存檔資料時完全偶然地發現了第一個FRB。天文學家對2001年8月24日晚發生的一個事件產生了興趣，當時一個持續五毫秒的爆發從麥哲倫雲附近看似空白的天空區域傳入望遠鏡，麥哲倫雲被認為是環繞我們銀河系的矮星系。
透過更詳細地檢查資料，該團隊的負責人、西弗吉尼亞大學的天體物理學家鄧肯·洛裡默在爆發的波長色散中發現了一些奇怪之處。它的短波長成分比長波長成分早到達望遠鏡一小部分秒，這種效應可能是由長波長光在星系和星系之間瀰漫的冷等離子體雲中的電子中移動得稍微慢一些引起的。爆發的短波長和長波長到達之間的延遲越長，它透過的中間電子就越多，傳播的距離就越遠。洛裡默和他的同事對計算結果感到震驚，結果表明該爆發來自數十億光年之外。
洛裡默在額外90小時的帕克斯觀測中尋找該爆發的重複，但一無所獲。由於爆發的極高亮度、持續時間短且只發生一次，洛裡默懷疑它可能代表一種全新的、以前未被探測到的天文射電源，天文學家可能會以某種方式將其用作鉛垂線來研究星系際介質的電離含量。年復一年，他的團隊尋找更多此類爆發的提案被拒絕，而單獨的搜尋只發現了一個暫定候選者。其他天文學家開始認為“洛裡默爆發”可能只是某種由人為干擾或閃電等自然來源引起的錯誤地面訊號。也許這一切都太好了，不真實。“這讓我們夜不能寐，”洛裡默回憶道。“我們想知道我們所看到的只是僥倖，還是人為的。”
桑頓的團隊在帕克斯收集到的四個新的FRB消除了大部分揮之不去的疑慮。波長色散最小的爆發似乎在穿過大約55億光年的太空後到達我們這裡；色散最大的爆發似乎來自近兩倍遠的距離，起源於大約104億光年之外。四個爆發中的一個也可能帶有星系際介質湍流的印記，它的脈衝形狀被微妙地拉長，可能是由電子散射引起的。對進一步的FRB進行同樣的測量將使天文學家能夠以前所未有的能力估計星系際磁場的強度。
來自未知來源
即使它們的星系外起源在很大程度上得到證實，FRB的來源仍然未知。在後續的多波長觀測中，沒有發現FRB前體或餘輝的痕跡，並且由於當前大多數射電望遠鏡的角解析度相對較低，天文學家尚未能夠確定任何星系作為任何FRB來源的所在地。根據每個爆發的短暫性、亮度和遙遠的起源，無論是什麼產生它們，都從不超過幾百公里的發射區域發出了真正巨大的射電波能量。然而，據桑頓的同事、澳大利亞墨爾本斯威本科技大學的天文學教授馬修·貝利斯說，從月球表面廣播的手機訊號會比典型的FRB亮1,000倍。桑頓說，這種明顯的微弱意味著“帕克斯全天候執行一百萬年才能收集到足夠的FRB，以等於一隻飛蚊中的動能。”
然而，FRB的高發生率及其巨大的內在亮度在很大程度上排除了少數假設的來源。FRB太亮了，不可能是星系中心超大質量黑洞蒸發的射電波嗝聲，而且它們過於頻繁，很難解釋為中子星對的能量合併的回聲。同樣，伽馬射線暴每天只發生一次左右，發生的頻率不足以明顯與FRB相關聯。荷蘭奈梅亨拉德堡大學的赫諾·法爾克和德國波茨坦馬克斯普朗克引力物理研究所的盧西亞諾·雷佐拉提出的一個新假設認為，FRB是垂死恆星的告別資訊，這些垂死的恆星被稱為“閃電星”，假定的快速旋轉的“超大質量”中子星，否則它們會變成黑洞。隨著閃電星失去能量並隨著時間的推移而減速，它突然越過一個無法再支撐自身重量的閾值，並且當它坍塌時，會發出FRB。“當黑洞形成時，磁場將與恆星斷開連線，並像橡皮筋一樣斷裂，”法爾克在新聞稿中解釋說。“正如我們所展示的，這確實會產生觀測到的巨大射電閃光。你通常會預期的所有其他訊號——伽馬射線、X射線——都簡單地消失在黑洞的事件視界之後。”
貝利斯發現閃電星的解釋難以接受；要將其與估計的FRB發生率相協調，就需要大多數中子星處於這種不太可能的超大質量狀態。此外，“許多這些更奇特的場景的問題在於它們不容易證偽，”他說。“在它們被鎖定在黑洞的事件視界之後，我們將無法檢測到來自這些東西的其他任何東西。”
貝利斯更傾向的FRB來源是一種被稱為磁星的東西，這是一種罕見的中子星，具有有史以來測量到的最強大的磁場。貝利斯指出，在所謂的2004年聖誕節事件中，天文學家在銀河系的遠側觀測到了一顆磁星在“巨大爆發”中爆發。在千分之一秒內，這顆磁星爆發出的能量比太陽在30萬年內釋放的能量略多；天文學家認為，爆發是由星震引起的，這是磁星結構的突然重組，釋放出與其旋轉磁場相關的積累應力。“即使將一小部分能量轉換為射電波，也能提供滿足FRB能量學所需的亮度，而毫秒級的時間尺度非常適合我們的持續時間，”他說。
物質的3-D地圖
儘管研究人員可能會對FRB的來源爭論不休，但對於神秘爆發的應用卻達成了普遍共識。“如果我們能將FRB追溯到特定的星系，我們就可以獨立測量到該星系的距離，”桑頓說。“將FRB的色散測量與該星系的距離進行比較，將得出地球與另一個星系之間的平均電子密度。”由於所有這些電子都來自重子——質子和中子等亞原子粒子——它們將是測量遙遠星系之間甚至內部存在的看不見的普通物質的數量和分佈的代理測量。“如果我們發現許多不同距離的許多不同的FRB宿主星系，”桑頓說，“我們可以開始建立星系際重子物質和磁場的3-D地圖。”
要將FRB追溯到它們的星系，就需要透過帕克斯等射電望遠鏡即時探測它們，然後使用新墨西哥州揚斯基甚大陣列等高解析度射電設施進行更詳細的觀測。貝利斯說，帕克斯的一個新的即時探測方案剛剛上線，該望遠鏡已經觀測到了更多的FRB。
對於洛裡默來說，這些新發現是一種證明。“我感到如釋重負，”他說。“這已經是很久以前的事了。快速射電暴真的會推動下一代射電望遠鏡的需求，因為我們試圖弄清楚是什麼導致宇宙中每10秒鐘就發生一次這樣的爆炸。在一段時間內，理論會比探測到的單個爆發更多，但很快我們就會從整個天空中獲得數百個這樣的爆發。在天文學中，你很少會遇到全新的天體類別出現，尤其是像這些一樣奇怪的天體。我們正在見證一個全新研究領域的誕生。”