有什麼比太陽更亮，只出現一瞬間，每天照亮地球天空數千次？
如果你被難住了，別擔心——專家們也一樣。近十年來，天體物理學家一直在努力解釋在天空中嗖嗖作響的、令人費解的毫秒無線電波。現在，幾項新的研究正在透過將無線電閃光的起源縮小到遙遠星系中年輕的恆星爆發，使研究人員更接近解決這個謎團。
這些明亮而短暫的事件被稱為“快速射電暴”，或 FRB，第一個此類事件於 2007 年由西弗吉尼亞大學天體物理學家鄧肯·洛裡默及其同事根據澳大利亞帕克斯射電望遠鏡的資料宣佈。進入帕克斯天線的無線電訊號非常奇怪地被塗抹開來，其高頻波比低頻波早到達一小部分秒——這種效應歸因於瀰漫等離子體對星際和星系際空間的散射。無線電訊號被塗抹得越厲害，它穿過的等離子體就越多，並且它在太空中傳播的距離也可能越遠。透過分析塗抹現象，洛裡默及其合作者粗略估計，這個爆發可能來自數十億光年之外。如果它們確實來自如此遙遠的地方，並且可以找到更多，FRB 為天文學家提供了一種更好的方法來測量廣闊的宇宙距離，並更深入地探測恆星和星系之間的黑暗空間。搜尋開始了。
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自 2007 年以來，根據對天空一小塊區域的小型調查，天文學家已經發表了十多個額外的 FRB 檢測結果，並且正在討論另外十幾個尚未出現在文獻中的檢測結果。推斷到整個天空，這些微不足道的結果表明，FRB 的閃光頻率高達每天一萬次。而且，如果像大多數研究人員認為的那樣，FRB 起源於銀河系之外，這意味著每次 FRB 都會在幾毫秒的時間內釋放出相當於太陽一小時到一年總能量輸出的能量。
儘管如此，FRB 的來源仍然未知。是什麼導致如此強烈、頻繁的事件？多年來，研究人員提出瞭如此多的答案，以至於現在關於 FRB 起源的理論比觀測到的 FRB 還要多。
理論太多
一段時間以來，一些懷疑論者傾向於地球解釋，猜測在帕克斯觀測到的 FRB 與長期困擾該天文臺的手機和其他電子裝置造成的人為干擾有關；這些擔憂在今年早些時候被帕克斯的天文學家駁回，他們發現，與真正 FRB 隨機到達的時間不同，流氓地面無線電訊號在午餐時間前後出現在他們的資料中，這些訊號是由天文臺休息室裡一臺錯誤的微波爐產生的。更離奇的猜測是，FRB 是由蒸發的黑洞、振盪的原始宇宙弦或會說話的外星人造成的。然而，這些想法都沒有得到理論家的重視：FRB 的發生頻率似乎太高了，無法用這些建議來解釋。
總的來說，最引人注目的理論可以歸為兩大類：要麼 FRB 是由相對罕見的、衰老的、簡併的恆星殘骸（如老中子星或白矮星）之間的爆炸性碰撞引起的，要麼它們是由更常見的、來自年輕的、快速旋轉的中子星（稱為脈衝星）的強大且可能週期性的爆發引起的。這兩組理論都可以解釋 FRB 的普遍性，儘管它們具有不同的含義：基於碰撞的模型表明 FRB 是極其高能的一次性事件，通常發生在數十億光年之外，而基於爆發的模型表明 FRB 的能量較低，可能可以重複，並且往往“只有”數億光年遠。
尋找來源
現在，使用國家科學基金會在西弗吉尼亞州的綠岸望遠鏡觀測到的一個 FRB 正在加強這種奇怪現象確實起源於其他星系的說法，而不是來自衰老的恆星碰撞，而是來自年輕的恆星爆發。這些發現發表在《自然》雜誌上（《大眾科學》是自然出版集團的一部分）。
不列顛哥倫比亞大學天體物理學家 Kiyoshi Masui 和他的同事測量了 FRB 被塗抹的無線電波，估計其來源遠達 60 億光年之外。但他們並沒有止步於此，他們還測量了它的極化，即它在空間中傳播時的方向，以及穿過特別密集的等離子體區域所造成的塗抹不對稱性。FRB 的極化像一個開瓶器一樣扭曲，表明無線電波穿過了一個強大的磁場，而它的不對稱塗抹表明它也穿過了一個“散射區域”，即發射後不久的厚等離子體遮蔽——這很可能是它在另一個星系中出現的線索。
Masui 說：“我們的主要結果是，爆發的源被一個具有磁場和稠密氣體的區域包圍，類似於恆星形成的星雲、超新星遺蹟或星系的中心區域。”這種環境往往孕育著幾種年輕、高度活躍的脈衝星，而不是衰老的中子星和白矮星，使得前者成為這種特定 FRB 最可能的祖先。
第二項研究，由馬克斯·普朗克射電天文研究所的天體物理學家大衛·查皮恩及其同事提交給《英國皇家天文學會月刊》，再次打擊了依賴衰老恆星之間的一次性碰撞的 FRB 模型。該研究報告了在帕克斯發現的一個 FRB，它爆發了一次，然後又爆發了一次。
查皮恩說：“我們有一個爆發，然後是幾毫秒的間隔，然後是另一個同樣大而短的爆發。”雙爆發很難與中子星或白矮星的合併相協調，人們認為中子星或白矮星的合併會導致兩個碰撞物體幾乎瞬間被摧毀——在碰撞產生的短暫、急劇的爆發之後，剩下的東西不多，無法產生第二次後續爆發。
雙爆發可能是由一顆超大質量恆星坍縮形成黑洞、標準脈衝星產生的巨大無線電脈衝，或磁星上“星震”產生的巨大耀斑產生的——磁星是一種罕見的具有極強磁場的脈衝星。
第三項研究，由加州理工學院天體物理學傢什里尼瓦斯·庫爾卡尼及其同事於 11 月 30 日上傳到 arXiv 預印本儲存庫，研究了去年由使用波多黎各阿雷西博射電望遠鏡的團隊宣佈的 FRB。與 Masui 及其同事一樣，庫爾卡尼的團隊在 FRB 的特性中發現了明顯的證據，表明它是在稠密、磁化的等離子體區域附近發射的，可能是一個遙遠星系中的恆星形成星雲。庫爾卡尼最喜歡的罪魁禍首是什麼？來自磁星的巨大爆發。
保持簡單？
即便如此，確定性仍然難以捉摸。“我們正在考慮在自己的星系中沒有直接看到的罕見事件，”查皮恩承認道。“我們正在觀察我們看到的現象，並詢問它們是否很少會以更高的能量發生。”
出於這個原因，康奈爾大學的天體物理學家詹姆斯·科爾德斯喜歡保持他的 FRB 理論簡單。他更喜歡將 FRB 解釋為來自相對普通的脈衝星的巨大脈衝，而不是來自外來磁星星震的產物。科爾德斯說，附近蟹狀星雲中的一顆脈衝星會定期發射非常大的脈衝，儘管沒有人看到它產生足夠大的脈衝來產生 FRB——但還沒看到。“脈衝星的好處在於有很多脈衝星可以研究，”科爾德斯說——在可觀測的宇宙中有超過一千萬億顆。有了這些數字，每顆中子星每 100 億年只產生一個巨大脈衝就可以解釋 FRB 的估計流行率。然而，更現實地說，科爾德斯說，這種脈衝無法清晰地看到整個宇宙。“這意味著你只需要每個物體產生更多的巨大脈衝，這意味著這些東西必須重複。”但是，到目前為止，還沒有發現重複的 FRB，儘管幾個團隊正在努力尋找它們及其宿主星系。
FRB 簡單、常見來源的誘惑使一些研究人員提出，它們根本不是宇宙現象，而是來自銀河系和其他非常近的星系中的相當普通的耀斑恆星。但根據《自然》雜誌研究的合著者兼西弗吉尼亞大學天體物理學家莫拉·麥克勞林表示，這種模型與她的團隊對 FRB 被厚等離子體區域不對稱塗抹的測量結果不符。麥克勞林指出，他們 FRB 周圍的等離子體雲至少是地日距離的十倍——比包圍典型恆星的等離子體鞘大一個數量級。“這排除了耀斑恆星的起源，”麥克勞林說。“我確實相信我們非常接近解決這個謎團。”
其他研究人員對此並不確定。哈佛大學天體物理學家、耀斑恆星模型的支持者艾維·勒布說，《自然》雜誌的研究絕不是故事的結局。勒布說，如果散射 FRB 無線電波的等離子體實際上靠近 FRB 源，“那麼支援宇宙起源的最初論點——即散射發生在星系際空間——就消失了。”他承認，沒有人見過耀斑恆星周圍出現非常大的等離子體雲，但也沒有人見過競爭模型所需的非常大的磁星星震或巨大脈衝。
勒布說：“大自然通常比理論家更富有想象力。”“我真的希望 FRB 來自外來的宇宙來源，但現在我們必須收集更多資料並測試更保守的替代方案。”11 月，勒布和他的學生本·馬加利特向《英國皇家天文學會月刊》提交了一篇論文，提出了一種確定 FRB 距離的新方法，以幫助徹底解決這個謎團。
幫助在 2007 年發現 FRB 的研究人員洛裡默說，未來還會有更多的驚喜。查皮恩及其同事觀測到的雙爆發幾乎肯定不是由碰撞的中子星產生的，但理論家已經表明，似乎有很多方法可以產生 FRB。“可能存在多個種群，”洛裡默說，研究人員可能很快就會發現它們，這要歸功於使用射電望遠鏡陣列進行的強化搜尋以及使用太空望遠鏡進行的伺機多波長觀測。“顯而易見的是，”他說，“FRB 的整個領域現在正在爆炸式地發展。”