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

  • 探访世界技能博物馆

  • 共享人工智能新未来

独家策划

推荐阅读
工业和信息化部近期印发《信息通信行业发展“十五五”规划》,提出到2030年,全面建成覆盖完善、性能领先的新一代通信网,为到2035年基本实现信息通信行业现代化奠定坚实基础。新一代通信网是以6G为代表的下一代通信基础设施,是通信、感知、计算、智能深度融合的全新网络形态。
2026-09-20 09:30
2026海洋合作发展论坛日前在山东青岛举办。论坛上发布的《中国海洋发展指数报告2026》显示,2025年中国海洋发展指数为132.3,比上年增长2.5%,海洋经济高质量发展稳步推进,海洋强国建设取得新成效。
2026-09-20 02:25
工业和信息化部、国家发展改革委等十部门18日发布《医药工业发展“十五五”规划》。规划提出,到2030年,生物医药研发应用稳居世界前列,创新驱动效能充分释放,重点领域关键核心技术实现系统性突破。
2026-09-20 02:35
赛场空域,细如发丝的光纤从指尖牵向无人机,操控手屏息凝神,稳稳控住摇杆,指尖稍一晃动,任务成败便在毫厘之间。湖畔的测试区域,学生们手握遥控器,操控自研履带车沿着岸边缓缓“散步”,在低速行进中认真打磨每一处细节。
2026-09-20 02:25
望宇登月服研制工作已攻克数十项关键技术。
2026-09-20 09:26
学术专著《医学传播学通论》由上海科技教育出版社正式出版。
2026-09-18 20:52
近期,我国北方多地进入秋季花粉高峰期。秋季致敏花粉主要来自蒿属、葎草属、豚草属、藜科、苋科等草本植物。这些植物的花并不显眼,却能产生数量庞大的花粉。
2026-09-18 10:20
一个月球上新形成的陨石坑,让研究人员有机会了解这颗离我们最近的天体的复杂地质构造。该陨石坑由发生在2024年的一次小行星撞击形成,直径约为222米,是迄今人们亲眼观测到形成过程的最大陨石坑。
2026-09-18 10:24
近日,依托中国天眼(FAST)探测数据,中国科学院国家天文台研究员韩金林领衔的FAST银道面脉冲星巡天团队发现一个轨道周期极短、目前已知总质量最轻的双中子星系统。
2026-09-18 10:23
9月17日,海南首台“华龙一号”核电机组——华能昌江核电二期项目3号机组正式投产商运。
2026-09-18 10:18
近日,农业农村部印发《全国种植业发展“十五五”规划》,明确到2030年,我国粮食综合生产能力稳步提升,守牢谷物基本自给、口粮绝对安全底线。
2026-09-18 10:17
揭秘极限制造背后的“宁德品质”
2026-09-17 11:48
在中国工程院院士张献龙带领下,华中农业大学教授王茂军课题组发现“三维基因组结构是传统DNA序列变异之外可供作物改良利用的新型靶标”,并在此基础上破译了棉花遗传的“空间折叠密码”,为拓展现有栽培棉的遗传多样性提供了新方向。
2026-09-17 09:41
近日,陈松林团队成功构建全球首个海洋硬骨鱼类综合功能与进化基因组数据库MFDB,首次系统整合了来自85种海洋硬骨鱼的89个染色体水平基因组数据。
2026-09-17 09:42
恰逢铜基高温超导发现40周年之际,复旦大学教授张远波、阮威团队与中国科学院院士、中国科学技术大学教授陈仙辉团队合作,成功制备出只含一个铜氧面的铜基高温超导体。
2026-09-17 09:40
依托中国天眼FAST超高探测灵敏度,国家天文台韩金林研究员领衔的FAST银道面脉冲星巡天团队取得重要发现,捕获一颗处于紧致轨道的双中子星系统PSRJ1856-0039。
2026-09-17 09:35
地学界认为,这种全球尺度的巨变,很可能归因于超大陆旋回。但是,是否真的存在超大陆?近日,中国地质科学院地质研究所王涛团队发表成果,证实了超大陆的存在,并将其命名为“大冈瓦纳”。
2026-09-17 09:37
日前,西湖大学未来产业研究中心周南嘉、姚远联合西湖大学医学院陶亮团队,设计出全新材料与3D打印机制,解锁了植入式全水凝胶生物电子器件。
2026-09-17 09:32
据了解,该隧道盾构段长约2.9公里,采用双洞双层结构设计。如此“大块头”的装备,推进系统配置了液压浮动支撑装置,同时还配备了高精度导向系统与管片选型系统,共同保障盾构机轻巧拐弯。
2026-09-16 10:38
当前,一场以可再生能源替代化石能源、以电动汽车替代燃油车为核心的能源革命正席卷全球。车网互动的本质,是将电动汽车从单纯的“负荷”转化为兼具“负荷”与“电源”双重属性的移动储能单元。
2026-09-16 10:38
加载更多