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

  • 今天,他们获颁国家最高科学技术奖

  • 沿着埃德加·斯诺的足迹看当代中国

独家策划

推荐阅读
水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究:在一滴水中探寻物理之美 在王恩哥看来,物理学研究有一个很大的特点,就是它能把复杂的事情简单化,并且抓住其中最本质的问题——这就是物理学的魅力所在。
2026-07-09 09:51
而这一切的起点,要回到半个世纪前——在中国科学院物理研究所那间废弃的鸡舍里,陈立泉铺开了这张后来冠绝全球的“电动”蓝图。自1981年起,在中国科学院的持续支持下,实验室瞄准真正实用的锂电池,牵头组织并承担了一系列国家重大项目。
2026-07-09 09:51
谈及荣获国家最高科学技术奖,贲德谦虚地说:“这不是我个人的奖,而是所有‘雷达人’的荣誉。从原理探索到技术攻关再到雷达建造,10余载春秋,为了研制代号“7010”的远程相控阵雷达,贲德与团队闯过了一个又一个难关。
2026-07-09 09:50
发展数智经济,通过促进科技创新和产业创新深度融合培育新质生产力。为此,笔者建议,应从要素供给、产业融合、创新转化和制度保障四个方面发力,把数智经济的技术势能转化为新质生产力的发展动能。
2026-07-09 09:50
耄耋之年,她坐着轮椅来到采访室,一身深蓝素装,神情温和。她,就是“七一勋章”获得者、中国工程院院士、中南大学教授钟掘。1960年,钟掘毕业后来到岳麓山下的中南矿冶学院,一头扎进被人称作“傻大黑粗”的冶金机械行业。
2026-07-09 09:49
中国科协第十一次全国代表大会是在“十五五”开局之年召开的一次重要会议,是科协系统和广大科技工作者的一次盛会。实践充分证明,我国科技工作者始终胸怀祖国、服务人民、勇攀高峰、敢为人先,不愧为党和国家充分信赖的优秀队伍和建设科技强国的中坚力量。
2026-07-09 09:49
从安装智能芯片的比赛用球,到协助裁判的视频技术,再到支持百万球迷转运的中国列车……这支“中国队”被美国消费者新闻与商业频道誉为世界杯供应链“不可或缺的一环”。
2026-07-08 10:08
7月7日是小暑节气,恰逢年度“最小太阳”现身天宇。当日凌晨2时左右,地球过远日点,这是一年中地球距离太阳最远的位置,这天观测到的太阳视直径为全年最小。
2026-07-08 10:06
近日,西南石油大学新能源与材料学院光伏材料与技术科研团队传出好消息:其研发的小尺寸超高效叠层太阳能电池光电转换效率接近35%,大幅超越常规太阳能电池的光电转换效率。
2026-07-08 10:04
目前,大连海事大学已与72家行业单位建立联合培养,共建162个专业实践基地、4个工程技术中心,聘任600余名企业导师,真正实现“工程出题、校企共答、产业阅卷”。
2026-07-08 09:52
一生钢铁报国,一生慷慨无私。崔崑院士走了,但他留下的,是钢的筋骨,是火的温度,是一颗永远滚烫的赤子之心。
2026-07-08 09:45
在河北雄安人工智能产业园的一楼展厅里,一台工业机器人正利落地演示货物搬运,机械臂精准而有力;楼上,键盘敲击声此起彼伏,研发人员专注地写着代码。产业园一年前才“开业”,如今已成为人工智能公司发展的产业高地。这里诞生的国内首个处理结构化数据的通用大模型,适用于多个工业场景;这里诞生了便携式颅脑出血检测分析仪,让医学检查更加快捷便利……
2026-07-07 09:44
从“争第一”的局部超越,到“创唯一”的向上突围,再到“守专一”的产业韧性,这三重创新路径相互交织,共同勾勒出中国从“世界工厂”迈向“创新引擎”的壮阔图景
2026-07-07 09:42
近日,在内蒙古阿拉善盟额济纳旗东风镇古日乃嘎查的航天育种试验基地内,曾搭载实践十九号卫星的荒漠肉苁蓉“太空种子”,在地面选育试验中取得关键进展——首批试验植株成功开花。
2026-07-07 09:40
高校专业目录的更新,绝非简单的名称变动,而是立足国家需要、顺应产业发展、面向科技前沿之举。新农科教育已不再是单纯的“种地养猪”,而是要有系统思维和交叉学科背景,特别是打破农学、工学、理学等传统学科壁垒。
2026-07-07 09:39
夏日时节,我们有时会看到湖泊或水库的水面被一层厚厚的绿色“油漆”覆盖,水体浑浊还伴有一股怪味。“这种差异解释了为什么蓝藻水华会出现种群层面的快速崩溃,‘死亡信号’一旦扩散,就会迅速引发整片区域的蓝藻种群崩溃,也解释了为什么蓝藻水华会‘突然消失’。
2026-07-07 09:36
天问二号探测器历经约400天、行程约10亿千米的“追星”之旅,于近日与小行星2016HO3成功交会,到达距离小行星20千米处,开始科学探测。
2026-07-06 10:03
发射节奏加快、组网进程提速……近段时间以来,商业航天领域捷报频传,产业发展动能持续增强。
2026-07-06 09:54
航运活跃,满载着中国经济的蓬勃生机,也给水上交通安全带来更大挑战。今年以来,我国海事部门接连推出新举措,通航管理越来越精细高效。
2026-07-06 09:53
6月25日,科技部党组书记、部长阴和俊作了“建设科技强国支撑高质量发展”专题报告,现以问答形式摘要刊发。
2026-07-06 09:50
加载更多