快速射电暴(FastRadioBurst,FRB)首次被发现时,天文学家对它一无所知,从未有任何理论预言过它的存在。这种来自宇宙深处的暴发可以在几毫秒内闪现又消失。虽然每天都会有多个FRB从各个方向向地球奔来,但它们大多都是单独发生,难以捕捉。

天文学家提出了各种想法来解释FRB,从旋转中子星的巨型磁暴发,到宇宙大爆炸遗留的宇宙弦,甚至还有正在进行星际跳跃的外星飞船。

近日,一个国际研究团队在《自然》杂志刊文称,他们利用500米口径球面射电望远镜(FAST)探测到了一组有史以来最大的FRB数据集。根据论文,他们共探测到了1652次FRB,超过了以往所有文献记载次数的总和。所有这些短暂而明亮的暴发都来自30亿光年外一个矮星系中的一个未知FRB源。除了显著增加目前已知的FRB总数以外,此次观测到的FRB能量分布范围也非常大,同时具有一定的统计特征,为FRB谜一般的起源提供了新的线索。

惊人发现源自首个重复FRB源

直到2016年,天文学家才发现第一个重复的FRB源,并将其命名为FRB121102。统计表明,不断增长的FRB记录中,大约有20%会重复出现(即同一个位置至少出现了2次FRB)。FRB121102则是迄今为止被研究得最透彻的FRB源,它位于一个年轻恒星正在形成的星系中。FRB121102的行为很难预测,其行为通常被描述为具有“季节性”。在FAST之前,科学家曾用其他望远镜从这个源发现了约350个FRB。

上述论文第一作者、FAST首席科学家李菂表示,由于FAST前所未有的灵敏度,它能捕捉到其他望远镜无法观测的低能量脉冲。当该团队在FAST调试阶段进行观测测试时,他们发现FRB121102正处在活跃期,时常发出明亮的脉冲。所以,他们决定每天抽出一小时对其进行观测。结果证明,暴发比预期的密集得多。有时,大约每30秒就有一次FRB发生。从2019年8月29日到10月29日,他们用59.5小时的观测时间共检测到了1652次FRB。

本次发现的1652个FRB分为两种:一种能量较高、一种能量较低。美国西弗吉尼亚大学的天文学家邓肯·洛里默表示,这可能是由两种不同的物理机制导致的。

然而,目前尚不清楚这些机制是什么。即便如此,因为这些FRB释放出的能量如此之高,总能量达到了一颗磁陀星(一种磁场极强的中子星)可用能量的3.8%,并且这个源并没有表现出任何较短的周期性,这表明源在旋转或在固定的轨道上运转。李菂认为,他的团队已经基本排除了FRB121102来自一个孤立致密天体(如旋转中子星或者一个黑洞)的可能性。

不过除此之外,也存在着不同的观点。中国科学技术大学的理论物理学家戴子高表示,FRB121102仍然可能是一颗磁陀星,这是一种具有极强表面磁场的特殊中子星。当磁陀星的外层在星体磁场突然变化的压力下发生改变时,它就会发生“星震”。就像板块运动或小行星撞击都能引起的地球上的地震一样。“当磁陀星时常被周围的小行星撞击时,它就可能发生多次星震,这也是FRB121102可能存在的一个场景。”戴子高解释说。

仍需更多样本解开FRB形成之谜

“FAST非常适合对重复源进行深入分析。”洛里默说道。虽然并非为了寻找FRB而设计,但FAST极高的灵敏度能让它观测到其他望远镜有可能错过的天文现象。也正因如此,对于FRB研究而言,FAST最好和其他望远镜配合使用,比如加拿大氢强度图谱实验射电望远镜(CHIME),其具有广阔的视野,非常善于发现从头顶各个方向射来的FRB。

李菂表示,FAST将会继续监测FRB121102,同时调查其他重复源。他还透露,他的团队正在研究一个尚未公开的源,它的行为比FRB121102“更激进”。

洛里默表示,尽管我们已经观测到了很多FRB现象,但FRB理论仍然很不成熟,下一步应尽可能多地确定这些FRB源所在的星系,就像李菂团队一样尽可能多地对单个系统进行深度分析,或许还需要发现更多激烈重复源和激进的独立FRB,科学家们才可能在短时间内解开FRB的形成之谜,并为研究这种高能、短期天体物理现象,打开一扇崭新的窗口。(王昱编译)