來自天空各處的、持續千分之一秒的無線電波閃爍每秒鐘到達地球。是什麼產生了它們?我們不知道。嘗試弄清楚這一點令人興奮。
這些快速射電暴 (FRB)的頻率相關到達時間表明,電子造成的延遲量大於銀河系所能解釋的,並表明它們起源於更遠的地方——來自廣闊的宇宙。事實上,其中一些已經被定位到與我們有宇宙距離的單個星系。大多數爆發不會重複,但它們中的每一個都與我們銀河系中磁化中子星(脈衝星)探測到的重複脈衝沒有太大區別。然而,由於 FRB 起源於100,000倍遠的距離,FRB源的固有無線電功率比典型的脈衝星大100億倍。Dani Maoz 和我曾論證說,如果 FRB 出現在銀河系中,我們用手機就可以探測到它。
天文學家傾向於將新現象與已知物體聯絡起來。事實上,最流行的模型將 FRB 與具有極強磁場的年輕中子星(稱為磁星)聯絡起來,以解釋它們非凡的無線電亮度。如果這些無線電發射起源於熱表面,所需的溫度將是 1035 度(1 後面跟 35 個零,或者一百十進位制)開爾文!當然,自然界中沒有那麼熱的表面。但是可以透過“相干發射”來產生這種極端的亮度——許多電子聚集在一起並同相輻射,而不是獨立輻射。這發生在無線電天線中,當受到人工電子電流驅動時,它會大聲廣播。
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相干發射也發生在脈衝星中,透過一種尚未完全理解的機制。但拋開我們對脈衝星機制的無知,Julian Munoz、Ravi Vikram 和我曾提出,年輕的磁星可能會產生強大的無線電脈衝作為 FRB,然後隨著年齡增長並加入已知的脈衝星種群而衰變為較弱的形式。最近,STARE2 無線電陣列從銀河系中的一顆磁星觀測到了強大的無線電耀斑。儘管它表明磁星可以產生無線電爆發,但觀測到的無線電耀斑仍然比解釋最遙遠和最豐富的 FRB 的不可思議的功率所需的要弱。
雖然大多數 FRB 不會重複,但有少數會重複。而這兩個重複的 FRB 在它們的活躍階段顯示出意想不到的週期性。據報道,FRB 121102 的活動發生在時間視窗中,與 157 天的初步週期一致。這個週期比另一個週期性來源 FRB 180916.J10158+65 所表現出的 16 天週期長約 10 倍,該週期是由加拿大CHIME 望遠鏡發現的。
對長達數月的週期性最自然的解釋是,FRB 源圍繞一個伴隨天體執行,並且其無線電波束僅在其軌道的一部分時間內指向地球,就像燈塔的光束在經過您的視線時似乎會閃爍一樣。保守的解釋將涉及一顆圍繞伴星執行的年輕中子星。然而,中子星是由質量是太陽八倍以上的恆星坍塌形成的。巨大的母星在超新星爆炸中損失了大部分質量,從而誕生了中子星。如果母星有一個類似太陽的伴星,那麼該伴星會在爆炸後飛出系統,因為它在超新星爆炸前的軌道速度對於它保持與輕質中子星殘餘的引力束縛來說太大了。只有當伴星質量非常大時,它才能留在系統中。
然而,如果 FRB 源不是中子星,那麼還有另一種有趣的可能:它的伴星可能是一顆類似太陽的恆星。圍繞太陽執行的 157 天的軌道週期將模擬一顆軌道半徑介於金星和水星之間的行星。如果 FRB 源在相反的方向發射一對光束,則 157 天將對應於軌道週期的一半——在這種情況下,軌道半徑將與地球繞太陽的軌道半徑相似。這是一個有趣的區域,與 FRB 訊號起源於基於一顆類似太陽的恆星周圍宜居帶行星的技術文明產生的發射器一致。
大多數恆星的質量都比太陽小得多。一個例子是離我們最近的鄰居比鄰星,這是一顆擁有宜居行星比鄰星b的矮星,軌道週期為 11 天。有趣的是,矮星周圍宜居帶的軌道週期與 FRB 180916.J10158+65 所表現出的 16 天週期沒有太大區別。許多這樣的行星都被“潮汐鎖定”:一面永久地朝向恆星,另一面朝向太空。每個軌道週期一次,這顆行星會向我們展示它永久的白天——太陽能可以透過光伏電池收集的那一面。
顯然,一個先進的文明不會試圖跨越宇宙距離進行通訊,因為等待回覆需要數十億年的時間。相反,強大的無線電波束可以用於軍事目的,或者可以用來推動光帆,以接近光速的速度發射大型貨物。我們曾在 2017 年與 Manasvi Lingam 探討了後一種可能性,並得出結論,這需要利用一顆像地球這樣的行星在像太陽這樣的恆星周圍宜居帶所攔截的所有太陽能。對於我們自己的文明來說,這聽起來像是一個不切實際的野心。但是,儘管我們中的許多人可能從父母那裡聽到過,我們可能畢竟不是宇宙中最聰明的孩子。
