一臺新的望遠鏡揭示了尋找強大而神秘的射電暴的天體物理來源的重要線索。加拿大的氫強度測繪實驗 (CHIME) 望遠鏡於去年秋天在不列顛哥倫比亞省的一個偏遠地點啟用，它發現了一個比以往任何探測都頻率更低的新的射電暴。這項新發現應該有助於深入瞭解這種奇異的明亮訊號的神秘起源，並預示著一個新時代的到來，在這個時代，人們將發現並研究成千上萬的射電暴。
快速射電暴 (FRB) 是能量爆發，持續時間僅為一秒鐘的一小部分，但在無線電波長下可以比半個太陽還要明亮。FRB 於 2007 年首次被識別，它們在天空中隨機出現，它們的光芒如此短暫，以至於科學家們一直在努力追蹤它們的明顯來源。在之前已知的 35 次射電暴中，只有一次被發現重複—為天文學家提供了進行更詳細研究的機會，並證實一些 FRB 必定來自某種程度上能夠在產生如此強烈能量所需的極端事件中倖存下來的來源。這個重複的 FRB 最終被追蹤到一個遙遠的矮星系內恆星形成劇烈的區域。然而，所有其他的 FRB 仍然是引人入勝的一次性事件，儘管天文學家努力觀察更多的重複。
CHIME 有望改變這一切。它的四個 100 米長的圓柱形反射器旨在建立可觀測宇宙大部分割槽域的氫氣三維地圖，但也可以作為強大的 FRB 探測器。大多數望遠鏡研究天空的一小部分，而 CHIME 每天掃描整個北半球天區，每 15 分鐘間隔研究每個區域。“這是 CHIME 的真正關鍵，”麥吉爾大學的 CHIME 合作成員帕特里克·博伊爾說。“沒有人擁有如此大的視場。”
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如此廣闊的天空視野可能很快就會提供比天文學家容易處理的更多的 FRB 資料。根據同樣在麥吉爾大學的 CHIME 研究員 Shriharsh Tendulkar 的說法，該望遠鏡每天應該探測到 1 到 10 個 FRB，在給定年份內揭示多達 3,500 個 FRB。
“非常像 FRB”
7 月 25 日，CHIME 探測到現在標記為 FRB 180725A 的射電暴，並在 8 月 1 日宣佈了它的發現。CHIME 的首次 FRB 尤其令人感興趣，因為它是在比其任何前身都低的頻率下探測到的。儘管大多數 FRB 都是在 800 兆赫 (MHz) 到 1 吉赫 (GHz) 的頻率範圍內探測到的，但 CHIME 的訊號降至低至 580 MHz—比之前的記錄保持者 FRB 低 100 MHz 以上。而且由於 CHIME 對無線電天空的調查低至 400 MHz，它可能很快就會在更低的頻率下產生額外的 FRB。
CHIME 對相對低頻無線電波的強調使一些科學家懷疑該儀器是否會發現 FRB，康奈爾大學天文學家 Shami Chatterjee 說，他不是 CHIME 團隊的成員。有些人認為，FRB 根本不會在如此低的頻率下發射可探測到的訊號。“在 CHIME 啟動之前，人們非常擔心。如果他們啟動它，但實際上看不到任何 FRB 怎麼辦？” Chatterjee 說。“我認為這已經解決了。”
自去年 11 月以來，CHIME 一直在研究夜空，逐漸擴大其視野和有效性。它在最新的開發週期開始幾天後就識別出了新訊號，這讓 CHIME 團隊感到驚訝。“我們最初都感到驚訝和懷疑，”麥吉爾大學的 CHIME 合作者 Emmanuel Fonseca 說。在其觀測過程中，CHIME 每秒生成 13,000 吉位元的資料—海量原始資料，團隊仍在努力馴服。他們知道，可能會發生錯誤。但是對資料和望遠鏡執行情況的仔細審查迅速使團隊確信訊號是真實的。“這個 FRB 非常像 FRB，我們都非常興奮，”Fonseca 說。
由於 CHIME 以比其他儀器更低的頻率探測 FRB，因此它應該有助於研究人員更好地瞭解 FRB 的無線電波在穿過太空時如何與星際物質和磁場相互作用。“這對於它們的能量有多大以及 FRB 是如何產生的非常重要，”荷蘭射電天文學研究所 ASTRON 的研究員 Emily Petroff 說，她與 CHIME 無關。“CHIME 能夠探測到這個較低頻率域的事實真的很有用。它向我們展示了 FRB 可以達到的最低頻率的新限制。”
值得注意的是，當望遠鏡發現 FRB 180725A 時，它遠未達到滿負荷運轉，使用的感測器不到可用感測器的一半，Boyle 說。當完全執行時，它應該透過每天探測多個射電暴來改變 FRB 研究領域。先前觀察到的 FRB 應該會迅速被 CHIME 的發現所超越，從而為科學家提供更多機會來研究和理解這些令人費解的閃光。“探測到 [35] 個 FRB 花了十多年，而 CHIME 準備在很短的時間內基本上打破這個數字，”Fonseca 說。
研究人員尤其渴望 CHIME 發現其他重複的 FRB，以便將它們與已知的唯一重複者進行比較。可能是所有 FRB 都會重複，因為它們共享一個共同的、普遍的天體物理起源；或者，也許只有一些會重複，這暗示宇宙有許多產生 FRB 的方式—有些是自毀的，有些不是。“由於 [CHIME] 每天覆蓋如此巨大的視場，因此找到重複射電暴的機會要高得多，”Maura McLaughlin 說。她是西弗吉尼亞大學的研究員，她一直在使用綠岸望遠鏡在天空的小針孔狀區域中尋找低頻 FRB。儘管她與另一個團隊合作，但她對新的探測感到興奮。“在觀測的最初幾個月內，我們將知道大多數 FRB 是否會重複。”
一個令人費解的來源
不瞭解 FRB 的來源並沒有阻止科學家進行推測。根據 McLaughlin 的說法，對於任何給定的 FRB，最受歡迎的解釋是脈衝星，這是一種緻密的恆星核，像燈塔一樣旋轉，只是速度快得多。“[FRB 訊號] 看起來很像射電脈衝星脈衝，它們只是比我們星系中脈衝星的脈衝更亮，”她說。
我們自己星系中的脈衝星在大多數 FRB 被觀測到的頻率下已經很亮了，但這些熟悉的脈衝星在 CHIME 現在才開始探測的較低頻率下甚至更亮。CHIME 從其位於北半球高處的有利位置可以看到大約三分之二的先前識別出的 FRB，使其能夠以比以往任何時候都低的能量水平檢查重複器。“對於 FRB，如果它們在較低頻率下也更亮，那就很有趣了，”Petroff 說。“這將與我們自己星系中的脈衝星群有更直接的聯絡。”她補充說，也可能 CHIME 根本不會發現很多低頻 FRB—這不會排除脈衝星作為潛在來源的可能性，但可能會使它們失寵。其他可能的解釋包括災難性事件，例如中子星碰撞、脈衝星坍縮形成黑洞或來自“磁星”—具有極端磁場的脈衝星—的特別猛烈的耀斑。
CHIME 和其他即將到來的儀器遲早應該有助於解開快速射電暴之謎。“憑藉它們聯合的力量，我們將在未來幾年內發現數千個 FRB，”Petroff 說。“CHIME 標誌著這個時代的開始，我認為這真的很令人興奮。”