正在阅读: 让人又爱又恨的快速射电暴
首页> 科普频道> 光明天文> 天文前沿 > 正文

让人又爱又恨的快速射电暴

来源:光明网2019-03-01 18:50

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  20世纪雷达技术的发展,带动了射电天文学的兴起。回首人类首次发现脉冲星的射电信号,弹指间已过了50余载。全球科学家们斥巨资建造大型射电望远镜,致力于探索宇宙中的神秘信号。

  前不久,加拿大氢强度测绘实验(CHIME)观测到了13 个暂歇的信号源,其中有一个特殊的信号源,产生了6次无规律极亮而短促的爆发。这一重大的发现,引起了诸多天文学者的关注,更点燃了无数公众对宇宙神秘信号的好奇心。它们到底是何方神圣?它的产生机制又是什么?

  天文学界将这些极亮而短促的信号,称之为快速射电暴(Fast Radio Burst, FRB)。顾名思义,“快速”指的是其发生的时间非常短,大约在0.1-10个毫秒左右,“射电”指的是其辐射波段主要为无线电波段,“暴”则是指一种释放大量能量的暂现过程,故而快速射电暴指的是一种毫秒级暂现射电天文信号。

让人又爱又恨的快速射电暴

图1.FRB 010724频率-时间图

(图片来自参考文献[1])

  2007年,Lorimer 等人在分析已存档的脉冲星巡天数据时,发现第一例FRB,见图1[1];随后,Keane、Thornton 等团队陆续发现了更多例FRB[2-3]。这标志着FRB的研究正式成为时域天文学的一个重要新方向。迄今为止,我们共探测到了60余个FRB信号源,它们在天图中几乎呈均匀分布。

  FRB究竟距离我们多远呢?我们知道电磁波在宇宙中传播时,通常受到星际介质的影响,高频电磁信号总是比低频信号更早到达接收机,这一现象就是电磁波的色散,如图2。色散的程度取决于传播路径的物质密度以及传播的距离,因此,我们可以通过不同频率到达接收机的时差,得出色散量的大小,进而估计信号源与我们的距离。根据色散量的估计,我们发现所有的FRB,都是来自银河系以外的起源。

让人又爱又恨的快速射电暴

图2.不同频率电磁波受色散影响,到达探测器的时间不同

(图片来自https://phys.org/news/2018-04-fast-radio.html)

  FRB好比一群狡猾的罪犯,出现地点随机,作案的时间极短,因此我们很难捕捉到它们的踪迹。然而,如果有那么一两个成员喜欢在同一地点重复作案,那么兴许我们守株待兔,更容易捕捉到它。FRB 121102与FRB 180814.J0422+73,就是这样两名特殊的成员,它们是迄今为止看到的唯二的重复暴源。

  重复FRB,在天文研究中尤为重要,它们可能向我们揭示更多关于FRB起源的奥秘。

  2012年,Arecibo望远镜在御夫座天区发现一例FRB事件,后续的观测中发现,在同一位置,产生了多组重复的FRB,进而认证了第一个重复暴FRB 121102。2017年,FRB 121102的宿主星系得到认证,其宿主星系为一个距离我们大约30亿光年的矮恒星形成星系[4],如图3所示。一年后,通过偏振的测量,天文学家发现FRB 121102可能处于一个极高的磁场环境中,这一点与其他非重复暴大不相同[5]。

让人又爱又恨的快速射电暴

图3.FRB 121102的宿主星系

(图片来自https://www.gemini.edu/node/12620)

  2019年,《Nature》报道了第二个重复暴FRB 180814.J0422+73的探测。通过色散量,可估计第二个重复暴距离我们大约15亿光年[6]。关于第二个重复暴的宿主星系,以及身处怎样的环境,还需要进一步的确认。

  值得关注的是,二者的“子脉冲”存在相似的频率-时间结构,这表明两个重复暴可能具有相同辐射机制。

  FRB具有极高的光度,它们在短短几毫秒就可以辐射太阳大概一天释放的能量。科学家推测FRB的产生极有可能与致密天体的活动有关。

  致密天体是一些体积很小,但质量极高的天体。比如,典型中子星的大小只有10公里左右,但是它的质量却能达到太阳的1.4倍。我们通常说的致密天体有三种,分别是白矮星、中子星和黑洞。

  起初,人们认为致密天体的并合有可能是FRB的起源,然而重复暴的发生并不支持这一类灾难性现象的理论。虽然目前对于FRB重复暴的研究中尚未发现周期性重复的信号,但并不妨碍天文学家将脉冲星列为最有可能的FRB起源。

  脉冲星具有极高的磁场,可产生极强的相干射电辐射。内华达大学拉斯维加斯分校教授张冰提出FRB可能来自于一束等离子体流与脉冲星的相互作用[7];哥伦比亚大学的Beloborodov、Metzger等人认为可能是一类磁场极强的脉冲星(磁星)耀发激发了FRB的产生[8-9];此外,脉冲星的星震活动也有可能作为FRB的起源[10]。究竟何种活动促成了FRB的产生,科学界目前尚无定论。

  随着望远镜技术的进步,不久的将来我们将探测到更多FRB的案例。通过统计分析,我们可估计FRB在整个天图的事件率为每天一千到一万个。

  在FRB领域研究方面,我国的天眼FAST、天籁等射电望远镜正积极参与,相信不久的将来,随着探测手段的进步,理论研究的不断深入,人们终将揭开FRB的神秘面纱。

  参考文献:

  [1] Lorimer, D. R., Bailes, M., McLaughlin, M. A., Narkevic, D. J., & Crawford, F. 2007, Science, 318, 777

  [2] Keane, E. F., Stappers, B. W., Kramer, M., & Lyne, A. G. 2012, MNRAS, 425, L71

  [3] Thornton, D., Stappers, B., Bailes, M., et al. 2013, Science, 341, 53

  [4] Chatterjee, S., Law, C. J., Wharton, R. S., et al. 2017, Nature, 541, 58

  [5] Michilli, D., Seymour, A., Hessels, J. W. T., et al. 2018, Nature, 553, 182

  [6] The CHIME/FRB Collaboration, :, Amiri, M., et al. 2019, arXiv:1901.04525

  [7] Zhang, B. 2017, ApJ, 836, L32

  [8] Beloborodov, A. M. 2017, ApJL, 843, L26

  [9] Metzger, B. D., Berger, E., & Margalit, B. 2017, ApJ, 841, 14

  [10] Wang, W., Luo, R., & Han, Y. 2018 ApJ, 852, 140

  作者:王维扬,系国家天文台宇宙暗物质暗能量研究团组博士一年级。研究方向为快速射电暴、高能天体物理,已发表相关领域4篇sci文章。

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 海军福建舰开展入列后首次海上实兵训练

  • 香港举行“体育力量 闪耀香江”大型无人机表演

独家策划

推荐阅读
为促进卫星导航定位产业有序发展,维护国家地理信息安全,我国将对卫星导航定位基准站实行统一规划、统一标准、统一监管。针对目前基准站重复建设、存在数据安全隐患等主要问题,办法规定自然资源部会同有关部门制定全国基准站建设布局规划。
2025-11-19 09:52
18日,我国首个配置冷却塔的“华龙一号”核电机组——中广核山东招远核电项目1号机组顺利完成核岛第一罐混凝土浇筑,标志着该项目一期工程建设全面启动。
2025-11-19 09:51
2020年至2024年间,全球光热发电装机年复合增长率为4.24%,我国同期增长率达11.7%,显著高于全球水平;技术装备国产化率突破95%,释放出产业加速发展的强劲信号。
2025-11-19 05:35
科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,科普与科技创新“同等重要”。
2025-11-19 05:55
日前,由清华大学产业发展与环境治理研究中心和自然科研智讯联合编制的《国际科技创新中心指数2025》报告正式发布。
2025-11-19 05:55
新疆的孩子们在“流动科学课”上被磁悬浮演示、机器人互动、矿物标本展示等吸引了目光;甘肃张掖的科技工作者为大伙儿演示经典科普实验“火焰掌”;上海的科学家们踏上科技节的红地毯赢得公众的掌声……这些生动场景共同勾勒出“十四五”期间我国科普事业的发展印记。
2025-11-19 05:55
如今,在学习中遇到问题可以问人工智能,写作业也可以用人工智能辅助查询信息。正如这名同学所言,生成式人工智能正改变传统的以知识积累和传递为中心的教学模式。
2025-11-18 10:28
11月17日,在水利部举行的“贯彻落实党的二十届四中全会精神 推动节水产业高质量发展”新闻发布会上,水利部副部长陈敏介绍,目前,我国节水产业呈现出蓬勃发展的良好势头,
2025-11-18 04:20
新疆维吾尔自治区科技创新大会17日在乌鲁木齐举行。会上,干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室、丝路水实验室、昆仑智能装备实验室、
2025-11-18 04:20
党的二十届四中全会审议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》指出,以创新能力、质量、实效、贡献为评价导向,深化项目评审、机构评估、
2025-11-18 04:25
近日,2025年6G发展大会在北京经济技术开发区举行。
2025-11-18 04:20
这台高能非弹谱仪的独特之处在于,它利用了中子不带电、穿透力强的特性,能够直接探测到物质内部的微观运动。
2025-11-17 08:56
建立和完善国家公园监测网络体系,是我国生态文明建设领域的重要实践,是践行人与自然和谐共生现代化理念的具体体现。
2025-11-17 04:30
浙江清凉峰国家级自然保护区是我国重要的生物多样性聚集地之一,也是长三角地区珍贵的物种基因库。
2025-11-17 04:30
近日,我国科研团队在嫦娥六号月背样品中首次发现大型撞击事件成因的微米级赤铁矿和磁赤铁矿晶体,揭示了全新的月球氧化反应机制,为环绕南极-艾特肯盆地磁异常的撞击成因提供了样品实证。
2025-11-17 04:30
在不久前召开的联合国教科文组织“人与生物圈计划”国际协调理事会第37次会议上,内蒙古大青山国家级自然保护区和陕西周至国家级自然保护区,被批准为“世界生物圈保护区网络”成员。
2025-11-17 04:30
以“智跃无界,开源致远”为主题的操作系统大会2025(以下简称“大会”)在北京举办。
2025-11-14 17:08
我国在4个国家开展6处文物古迹保护修复,49项中外联合考古项目涉及28个国家和地区,用实际行动践行全球文明倡议、不断丰富世界文明百花园。
2025-11-13 07:07
由四川省人民政府主办的2025世界动力电池大会12日在宜宾市开幕。
2025-11-13 04:55
据估算,太阳每秒钟释放的能量,可供全人类使用约70万年。模拟太阳来产生无尽的清洁能源,也因此成为人类的“终极能源梦想”。
2025-11-13 04:55
加载更多