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

  • 中外青少年在沪比拼机器人技能

  • “百万英才汇南粤”

独家策划

推荐阅读
该学院依托浙江大学建立,旨在积极推动全球发展倡议落地见效,切实破解全球发展进程中的瓶颈性难题,有效凝聚多方智慧与力量,推动各国共同发展。
2026-03-16 12:35
他们用郭守敬望远镜光谱数据锁定目标对象,结合盖亚空间望远镜的高精度天体测量数据拼出基本“轮廓”,再用EBHIS射电巡天数据勾勒出星团周围的气体环境。他还公布了星团中最亮恒星的精确坐标——赤经01:50:46.6和赤纬+56:25:25.8,供天文爱好者定位追踪。
2026-03-16 09:32
不久前发表在《细胞》的研究,可能是张保才研究员与老师周奕华研究员科研生涯迄今“最高光”的时刻。张保才就在这一年到遗传发育所攻读博士,机缘巧合地进了这个新课题组,成为周奕华的“开山弟子”。
2026-03-16 09:31
回顾过去一年,“AI仿冒名人带货”“职业弹幕人”操控舆论、“大数据杀熟”等新型骗局取代传统假货,成为投诉“重灾区”。
2026-03-16 09:28
记者从中国航天科技集团获悉,2026年3月15日21时22分,我国在太原卫星发射中心使用长征六号甲运载火箭(又名长征六号改运载火箭),成功将遥感五十号02星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-03-16 09:27
酷暑难耐,即便身着薄衣,人还没动,汗先下来了。邹如强介绍,为验证实际调温效果,团队还将相变纤维织造成衣,并进行了多场景真人穿戴测试。
2026-03-16 09:21
多牵头国际大科学计划  牵头组织实施国际大科学计划,是中国推动世界科技创新、应对全球共同挑战的重要路径,也是深度参与全球科技创新治理、加快建设科技强国的战略举措。
2026-03-13 10:03
12日,十四届全国人大四次会议表决通过了《中华人民共和国生态环境法典》。非洲“绿色长城”毛里塔尼亚国家署官员艾莎·穆罕默德·布哈里·娜迪称赞说,生态环境法典体现了中国系统性应对生态和气候问题的“长期坚定承诺”。
2026-03-13 10:02
谈及国际深海矿产开发局势,孙黎表示,当前全球深海采矿虽处于试验阶段,但各国布局势头迅猛,竞争日趋激烈。潘越建议,司法应该向社会积极传递“损害必偿、犯罪必究”的清晰信号,为海洋经济高质量发展清淤护航。
2026-03-13 10:12
当春风拂过河套平原,“沉睡”一冬的黄河“醒了”。
2026-03-13 10:08
3月12日,十四届全国人大四次会议表决通过《中华人民共和国生态环境法典》。根据代表意见,法典中增加了关于鼓励和引导使用再生水、推进生活节水的规定,并对未经批准擅自取用地下水的违法行为提高罚款上限。
2026-03-13 10:04
助力人与自然和谐共生  “十五五”时期,推进长江经济带发展、黄河流域生态保护和高质量发展,是一项重要工作。
2026-03-13 10:03
光明日报北京3月12日电 记者张晓华12日从国家航天局获悉,天问三号火星取样返回任务通过前期的技术攻关和深化论证,相关关键技术均取得突破性成果,工程主线正在开展初样研制,计划今年转入正样研制阶段,各项工作进展顺利。
2026-03-13 10:02
电子的单向开关,奠定了现代信息社会的基石。“在单原子层厚的石墨烯上,刻出一个大小精确、形状不对称的孔,无异于在头发丝上雕巨型画作。
2026-03-13 10:01
“十五五”时期,香港要主动参与国家战略布局,将自身的国际化优势、专业服务优势与国家的发展需求精准对接,为实现更高水平的开放合作贡献香港力量。在科研方面,香港科研基础扎实,有实力承担国家重大科研任务;香港科学家对参与国家科技计划、推动国家科技创新怀有很高的热情和积极性。
2026-03-12 10:30
心脑血管疾病已成为威胁我国人民生命健康的“头号杀手”。与此同时,心脑血管疾病发病及致残、致死呈现出明显的年轻化趋势,疾病负担持续加重,对我国推进健康中国建设、实现全民健康目标构成了挑战。
2026-03-12 10:30
对此,应该充分发掘当地的生态价值和文化价值,探索因地制宜的保护路径,保留浓郁“农味”与“地方味”,让古老农耕智慧、生态智慧在当代生活中延续生机、展现活力。这样不仅有助于实现农文旅融合发展,还能给我们的子孙后代保留良好的生态环境和生态景观,接续传承好丰厚灿烂的生态文化。
2026-03-12 10:30
今年政府工作报告提出,深化拓展“人工智能+”,促进新一代智能终端和智能体加快推广,推动重点行业领域人工智能商业化规模化应用,培育智能原生新业态新模式。张壮代表说,在竞逐人工智能创新的赛道上,柳州加速布局。
2026-03-12 10:30
记者詹媛11日从中国科技馆了解到,我国的科普大篷车项目自2000年启动实施以来,以“科普轻骑兵”的方式活跃在祖国大江南北,将前沿科技动态、趣味互动展品、优质科教资源送到基层公众身边。
2026-03-12 10:30
“龙虾”智能体通过整合调用通信软件和大语言模型,在用户本地电脑自主执行文件管理、邮件收发、数据处理等复杂任务。”魏亮说,有关方面也会持续做好安全监测,如发现相关安全风险将及时预警,为用户安全使用提供必要的技术支持。
2026-03-11 09:36
加载更多