奇怪信号造访地球破解天文学最深的谜

澳大利亚公园射电望远镜在2001年发现了射电爆发。资料来源:韦恩·英格兰

没有宇航员见过，也没有理论家预测过。

2001年8月24日，一场持续5毫秒的无线电爆炸袭击了地球。没有人知道这些光线是从哪里来的。它们似乎在数十亿光年之外。

"它太亮了，我们不能忽视它。"“但我们也不知道该怎么处理，”信号的共同发现者、西弗吉尼亚大学的天文学家邓肯·洛里梅说。研究人员在整理澳大利亚公园射电望远镜的数据时发现了这些信号。

这种短暂的射电爆发通常来自脉冲星，旋转的磁性恒星。但是洛里梅认为这是一个单一的事件，比过去已知的脉冲星爆发有更多的能量。

这不仅让人想起1967年英国天文学家约瑟琳·贝尔·伯奈尔对太阳系外神秘脉冲信号的探测。她认为这些信号来自外星智慧文明，但后来证明这些信号的来源是快速旋转的脉冲星。这一次，天文学家捕捉到了令他们再次困惑的神秘信号，从而提出了他们是否从外星人那里获得了信息的问题。

洛里梅在与澳大利亚文本技术大学的天体物理学家、前导师马修·贝利彻底分析数据后，开始意识到这一发现的重要性。它的来源似乎和预期的一样遥远，在几毫秒内爆发的能量相当于5亿个太阳。“我们开始相信这真的很不寻常。”他说。

但是后来没有爆发，所以最初的兴奋变成了怀疑。射电天文学家开始怀疑这个神秘的峰值:许多事件会导致这种现象，如手机信号、雷达探测信号、特殊天气现象和设备故障。然而，令人欣慰的是，一些研究小组在接下来的几年里发现了这些信号。

2012年，埃文·基恩和他目前在德国波恩马克斯·普朗克射电天文学研究所工作的同事发现了类似的事件。曼彻斯特大学的丹·桑顿和他的同事们一次发现了六起这样的事件。现在，2001年的事件被认为是一个奇怪的新的快速射电爆发源，这也是天文学中最复杂和神秘的现象之一。

不管这些信号是什么，随着更多的FRB被观察到，科学家可以收集比以前更多的细节。分析显示FRB非常频繁，天空中每10秒钟就有一次爆发。但是人们仍然无法解释。理论家认为它们可能来自蒸发黑洞、中子星碰撞和大规模磁场爆发。但是哈佛大学天文学家埃多·伯杰说，即使是最好的模型也不能解释所有的观测结果。

然而，答案可能很快就会明朗。全世界的望远镜都在寻找这次神秘的爆发。其中，加拿大氢强度绘图实验(CHIME)似乎在一天内发现了12个FRB，相关结果将于2017年底在网上公布。

"这个领域正在不断探索。"贝利说。

好奇心驱使

天文学家似乎对“洛里梅爆发”更有信心。2010年刚刚获得天体物理学博士学位的莎拉·伯克-斯波劳(Sarah Burke-Spolaor)从帕克斯射电望远镜的旧数据中搜寻更多的火山爆发。结果，她发现了16个信号。

这些信号中的大多数与“洛里梅疫情”非常相似。然而，它们也显示出“色散”，这意味着探测器直到高频波出现数百毫秒后才显示出低波。这种分散效应是洛里梅和贝利发现的来自银河系外的经典爆发的最令人信服和重要的证据之一。

离子气体云中的星际电子更多地与低频波相互作用，这将略微影响低频波到达地球的时间并延长信号。在洛里梅爆发中，延迟如此之大，以至于波必须穿过大量的物质——比在银河系中要多得多。

不幸的是，洛里梅和贝利的发现太平淡无奇，而伯克-斯波尔的信号与原始信号有很大不同，因为它们似乎从四面八方涌来，而不仅仅是望远镜指向的方向。科学家将其命名为佩里顿斯，一种神话中的有翼生物，并发现这些喷发可能源于闪电或一些人工来源。但它们可能不是耳语。

洛里梅决定暂时推迟联邦储备委员会的研究。“我没有固定的工作，所以我必须做更多的主流项目。”他说。贝利团队继续并增加了对帕克斯射电望远镜使用时间和频率的分析。2013年，他们发现了四个类似于“洛里梅爆发”的候选FRB。然而，一些局外人仍然怀疑这些光线来自太空。一个重要的原因是所有的FRB都是由一个团队用同一个望远镜获得的。“我非常希望其他地方的人也能发现它。”贝利说。

2014年，他的愿望实现了。来自德国马克斯·普朗克射电天文学研究所的劳拉·斯皮勒的天文学家团队使用波多黎各阿雷西博射电望远镜发现了一次爆发。“我欣喜若狂。”贝利说。荷兰射电天文学研究所的天体物理学家艾米丽·彼得罗夫说，这个发现让大多数人相信FRB是真实的。但是他们仍然在浓雾中。

2015年，彼得罗夫的团队表示，他们知道佩林可能来自地球，并瞄准了微波炉。研究人员发现，只有当天文台厨房的微波炉还在工作时，炉门被强行打开，微波炉突然停止工作，一些微波辐射会从炉门泄漏出去，而望远镜的天线正对着这边。"我们已经解开了苍白的冬天之谜，增加了我们对FRB是真实存在的信心."彼得罗夫说。

灵感迸发

但是人们仍然不知道FRB是什么。这个极短的信号只有5毫秒，这意味着这个源一定是一个直径不超过100公里的致密物体——一个恒星质量的黑洞或者一颗中子星。

荷兰纽约大学伯德分校的海诺·法尔克和德国波茨坦的马克斯·普朗克重力物理研究所的卢西亚诺·雷佐拉认为，当超新星爆炸产生一颗稍微超重的致密中子星时，就会发生FRB。

今年早些时候，斯皮特勒的团队报告说，至少有一个FRB来源是重复出现的:阿雷西博射电望远镜的数据显示，两个月内发生了一次飓风爆发，有些仅相隔几分钟。绿色海岸望远镜已经证实了这一现象。在此之前，每个观察到的FRB都是一个单一事件，意味着灾难性的爆发或源头碰撞和破坏。

FRB的重复出现意味着它的来源被保留。因此，彼得罗夫说，“我想这与中子星有关”——脉冲可以在不自毁的情况下发射。斯皮勒也同意了。例如，她指出蟹状星云:超新星爆炸的产物。

爆炸发生在1054年，之后一个被热气体包围的快速旋转的脉冲星出现了。斯皮勒说，星云偶尔会发出极其明亮的光和无线电闪光。如果它位于一个遥远的星系，并且它的能量急剧上升，它将发射类似于FRB的东西。

斯皮勒指出，如果一个源重现，最简单的解释是其他望远镜对FRB不够敏感，或者不够幸运观察到它。有些人认为只有部分FRB可以复制。"如果我们发现2-3个FRB组，我并不感到惊讶."彼得罗夫说。

远道

另一个重要的问题是FRB离地球有多远。观察到的20次喷发随机分布在太空中，似乎都起源于银河系之外。但是美国哈佛大学的物理学家阿维·勒布说，如此长的距离意味着能源输出超出想象。

“如果爆发可以重复，那么源头就不能被摧毁，因此也就不能释放这么多能量。”勒布说。"能量输出会限制它的距离."也许FRB的起源是银河系中的中子星，而扩散的主要原因是未知的电子云覆盖了它们。

然而，一些人认为这样致密的星云应该在其他波段中找到。加州理工学院的天体物理学家Shri Kulkarni梳理了几个望远镜的星系源数据，但什么也没发现。库尔卡尼以前认为FRB来自银河系，但现在他认为FRB是外星人的证据是压倒性的。然而，库尔卡尼并没有排除FRB源位于银河系内的可能性，也许距离我们10亿光年，而不是数十亿光年。

无论如何，这个问题的答案将对观察者产生深远的影响。如果FRB信号穿过等离子云，它们将携带附近星系的天气预报。如果它们确实来自外太空，那将有助于解开宇宙的长期谜团。

但是首先天文学家需要找到更多的FRB并确定它的位置。"直到现在，我们只是在黑暗中摸索。"伯杰说。实现这一目标的一种方法是实时从射电望远镜数据中提取频响带，以便其他天文台的科学家能够观察到多个波段的爆发。

今年2月，该战略似乎取得了成功。一个独立的小组跟踪了公园射电望远镜在两个小时内观察到的FRB信号，并暂时将它们定位在60亿光年以外的一个星系中。尽管进一步的观察对这个结论提出了质疑，洛里梅说这种方法将来会成功。

勒布说，如果FRB来自宇宙深处，定位它们将是一个重大突破，或者有助于探索宇宙中丢失的物质。然而，FRB也可能是没人想到的东西。“大自然比我们想象的要丰富得多。”他说。(张张)

中国科学新闻(2016-07-26第三版国际版)

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