快速射電暴（FRB）是我們宇宙中最偉大的謎團之一。這些爆發來自深空，可以在毫秒內閃爍和消退，但在每次爆發中釋放的能量卻相當於太陽一年釋放的能量。它們每天多次在天空中各處突然出現，但大多數似乎是一次性事件，因此很難捕捉到。FRB於2007年首次被發現，一直挑戰和吸引著科學家，他們試圖揭示其晦澀的起源，並將其用作探測星系際空間深處的獨特工具。
現在，一個國際團隊利用世界上最大的單口徑射電望遠鏡，報告了歷史上探測到的最大一組FRB事件。根據他們今天發表在《自然》雜誌上的論文，2019年8月至10月期間，位於中國西南部的五百米口徑球面射電望遠鏡（FAST）從一個位於30億光年外矮星系中的單一重複FRB源記錄到總共1652次此類短暫而明亮的爆發。除了大幅增加已知FRB事件的總數外，觀測結果還揭示了記錄事件中非常廣泛的亮度範圍，為揭示其神秘來源的天體物理性質提供了新的線索。
“這項研究非常徹底，具有我們前所未有的細節和靈敏度水平，”荷蘭阿姆斯特丹大學和加拿大麥吉爾大學的天體物理學家艾米麗·佩特羅夫說，她沒有參與這項研究。“對單個來源進行如此深入的分析將是未來FRB研究的首要任務。”
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爆發群
第一批FRB像晴天霹靂一樣襲擊了天體物理學家；沒有任何理論預測到它們的存在。早期，研究人員對爆發可能是什麼幾乎沒有線索，並爭先恐後地提出想法。對FRB的解釋範圍從自轉中子星上的巨大磁爆發到星際飛船的排放物。在FAST和其他FRB搜尋望遠鏡開始執行之前，理論家之間流傳的笑話是，FRB理論的數量超過了已知的FRB事件本身。
直到2016年，觀測者才探測到第一個重複源，名為FRB 121102。從不斷擴大的探測目錄中得出的統計資料現在表明，約20%的FRB發生不止一次，這些重複源使天文學家能夠進行更詳細的後續觀測。FRB 121102是迄今為止研究最多的此類源。在FAST獲得大量新事件之前，使用其他射電望遠鏡的科學家報告了來自該源的近350個FRB，該源位於一個正在形成大量年輕恆星的星系中。“對於重複源，其他望遠鏡通常會獲得兩個到一百個脈衝。FAST做了超過一千個，這真是太棒了，”佩特羅夫說。
論文的主要作者和FAST的首席科學家李菂說，由於FAST前所未有的靈敏度，它可以捕捉到其他望遠鏡無法捕捉到的能量較低的脈衝。當研究小組在望遠鏡除錯階段進行測試觀測時，他們注意到FRB 121102正處於活動高峰期，頻繁發射明亮的脈衝。因此，他們決定每天抽出大約一個小時來監測它。結果證明，爆發比預期的要密集得多。在某些時段，大約每30秒發生一次。
爆發分為兩種型別：亮度高的和亮度低的。論文的共同作者、西弗吉尼亞大學的鄧肯·洛裡默說，這可能指向兩種不同的物理機制導致了爆發，他於2007年共同發現了第一個FRB。
然而，目前尚不清楚這些機制是什麼。即便如此，由於脈衝群表現出如此高的能量，並且沒有顯示出任何短期週期性（這將表明來源以設定的速度自轉或軌道執行），李菂認為，他和他的合作者已經嚴重限制了FRB 121102來自孤立緻密天體（如自轉中子星或黑洞）的可能性。
其他人則對得出同樣的結論持猶豫態度。例如，來自中國科學技術大學的理論物理學家戴子高說，FRB 121102的來源仍然可能是一顆磁星，這是一種具有極強表面磁場的特殊型別的中子星。當磁星的外層在恆星磁場突然變化引起的應力下進行調整時，可能會發生“星震”。正如地球上的地震可以由不同的機制觸發一樣，例如構造板塊的運動或小行星的撞擊，“磁星仍然有可能經歷星震，並經常受到周圍小行星的撞擊——這在[FRB 121102]所處的星系中是一個可能的場景，”戴子高解釋說。
FRB在FAST快車道上
洛裡默說：“FAST非常擅長此類研究——對重複源進行深入分析。”雖然它並不特別擅長尋找FRB，但其巨大的靈敏度使其能夠探測到其他望遠鏡遺漏的東西。這就是為什麼對於FRB研究，FAST最好與其他射電望遠鏡協同工作，例如加拿大氫強度測繪實驗（CHIME），由於其廣闊的視野，它是發現頭頂天空任何地方的FRB的強大工具。
今年早些時候，FAST宣佈了其第二次公開徵集提案，望遠鏡總觀測時間的15%至20%可供國際社會使用。FAST於2016年建成，取代了波多黎各標誌性的阿雷西博望遠鏡，成為世界上最大的單口徑射電望遠鏡。
作為CHIME/FRB合作成員的佩特羅夫說，她的團隊現在已經申請並獲得了FAST的觀測時間。李菂說，已批准的國際專案的觀測已經開始。由於國際旅行仍因COVID-19而受到限制，外國科學家目前僅限於遠端操作，並且需要提交身份證明，通常是護照資訊頁的副本，才能獲得訪問許可權。
李菂指出：“我們一直在與個別科學家合作，以減輕他們的擔憂，並探索提交個人資訊的替代方法。” “FAST的工作人員熱烈歡迎他們在國際旅行恢復正常後前來參觀，希望很快就能實現。”
激進的未來
李菂說，FAST將繼續監測FRB 121102，同時尋找其他重複源。事實上，他透露，他的團隊一直在研究另一個尚未公開的來源，該來源的行為比FRB 121102“更激進”。戴子高說，研究常規和“激進”的FRB系統對於理解FRB可能和不可能是什麼至關重要——從而瞭解它們的真實性質。他和其其他專家表示，取得進一步突破可能需要全球多臺望遠鏡的協調努力，以觀測多種不同型別的天體光，以及中微子和引力波。
洛裡默說：“我認為FRB天文學仍處於青春期。” “我們對FRB瞭解了很多，但許多理論仍然存在一些‘成長的煩惱’。” 下一步是繼續儘可能多地為來源確定宿主星系，並像李菂和他的團隊使用FAST所做的那樣，對單個系統進行深入分析。透過大量的努力，也許還有一點運氣，找到更多瘋狂的重複器和激進的一次性FRB，科學家們可能很快就能解開FRB的深層宇宙之謎，並開啟一扇通往充滿宇宙的高能、短暫的天體物理現象的新視窗。