宇宙,這個最神秘的空間,從發現之初就在不斷地被人類進行探索。
宇宙中有太多太多不可思議的現象和難以理解的發現,總是在挑戰著人類的想象力。
比如無法理解的黑洞,極其危險的伽馬射線,星系的融合,奇異的星雲。
科學家建設了射電望遠鏡後,對於宇宙的觀察就更加豐富了。
這類望遠鏡就像衛星一樣,能夠從各個方向接收信號,分析宇宙的信息,繪制宇宙的地圖。
在上世紀60年代,因為射電望遠鏡的建設,人類發現了脈沖星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子。
這極大的改變了人們對宇宙的看法,原本認為空洞的宇宙空間還存在大量未知的存在。
如今射電望遠鏡的發展應用廣泛,技術也越來越成熟,現在全球還有基於射電望遠鏡矩陣建設的『全球VLBI網』,在捕捉各種信號方面有著極強能力。
神秘信號
上世紀七十年代開始,歐美國家航天事業的快速發展讓他們在宇宙探索上有了許多其他地區所沒有的信息發現。
也是在這一時期,關於對外星人的流言故事越來越多,並且愈發盛行,廣泛地傳播在天文學愛好者群體中。
為了探尋地外文明的可能性,一些學術組織和大學單位組建了一個非營利性組織『SETI』。
SETI旨在利用地球上先進的射電望遠鏡等觀測設備和互聯網鏈接的閑置計算機,對地外文明信號進行搜尋、記錄。
作為曾經世界上最大的射電望遠鏡,阿雷西博望遠鏡有著最大的望遠鏡口徑。
為了慶祝這一大型射電望遠鏡的建成,SETI利用該望遠鏡向離地球25000光年遠的一個名叫M13的球狀星團發送了一條信號。
如果有外星文明發現這條信息並對其進行正確破解的話,就能得到地球文明的重要信息。
到了1977年,SETI用俄亥俄州大學的一個巨耳無線電望遠鏡接收到了一條奇異信號。
在對信號的分析中得知,這個信號並非來自類地行星和太陽系,當分析人員在星際訊號天線選單中對其進行分析時,圈出了『WOW!』這一信號似乎像是一種地外文明發出的,不過在此之後,這個信號便沒有了蹤影。
不僅是SETI,科學家也從來沒有放棄過對地外文明的搜索。
在2007年時,科學家們在進行射電望遠鏡數據收集時接收到了一種重復發射的神秘信號。
這個信號來自15億光年外,從某個遙遠的星系經歷穿梭到達了地球。
快速射電暴
這次的發現和往期的電磁信號數據對比發現,這個信號爆發時間很短,持續時間不到5毫秒。
另外在爆發屬性的顯示報告中,這個信號與它所處的小麥哲倫星系3以及和銀河系上都沒有物理性關聯。
後來研究人員認為這可能是一次超新星爆發事件所帶來的一種奇異影響,理論上,每天可能有數百次類似的事件。
在往後的數年時間,隨著射電望遠鏡的不斷發展,這種神秘的脈沖信號斷斷續續地被接收到。
2011年時,這類脈沖信號被正式命名為快速射電暴『FRB』,並以發現時間加以後綴。
阿雷西博望遠鏡在後續的一次監測中,發現了FRB信號裡的等離子體色散效應,證實了這種信號來自距離地球15光年以外的區域,並推測在可觀測的宇宙范圍中每天會發生10000次FRB。
由於信號特殊,而且不確定來源,部分研究學者猜測這是否為外星生命信號的可能。
比如外星文明的發射器或者宇宙飛船,這類設備也可以發射出這種極具能量的信號,如果真是這樣,那麼很有可能是外星生命正試圖聯系地球。
分析猜測
快速射電暴是宇宙無線電波的一次短暫明亮的爆發,FRB持續時間雖然短暫,但有著相當驚人的能量。
根據天文學家的推測,一次普通的快速射電暴能夠釋放出相當於地球發射百億年的電磁波。
觀測人員除了一直在跟蹤這種信號外,2015年,NASA通過對哈勃望遠鏡拍攝的仙女座星系圖像分析。
天文學家發現了地外銀河系信號中極強磁場的螺旋特征,這個發現幫助了研究人員更好地理解FRB。
仙女座的磁場確切來源並不清楚,但是它的FRB可能靠近一個超大質量黑洞,黑洞強大的引力攪動著周圍一切。
通過不斷地分析以往的數據,同時2015年由同一物體不斷的發射了200多次無線電波。
這讓天文學家最終把此次爆發鎖定在一個特定的星系中,阿雷西博也在2016年收集的數據分析中認識到了FRB121102自旋的特殊性,這必須要靠近非常強大的磁場才能形成。
對於這種磁場的解釋是基於一個超大質量的黑洞,這個黑洞質量相當於數千個太陽,這個黑洞可能是停在爆發所在的星系中心。
因為我們所在的銀河系中心附近的脈沖星也會發出這種帶有強自旋的『法拉第旋轉』。
這是由於電磁輻射的一種偏振特性,包括光和無線電波都有這種現象,它能夠指示波的方向。
也是由於這一點,研究人員確定了FRB裡無線電光中表現出的法拉第旋轉。
FRB後來發現的十多年裡,一直讓天文學家目瞪口呆,一時間非常難以解釋。
很長一段時間裡,這種現象都被認為是一種一次性現象。
在對FRB121102的持續跟蹤發現,這種快速射電暴似乎有一種周期性。
在以往多次的發現中,FRB總是聚集著強大的電磁能量,而且信號非常明亮。
而FRB121102的亮度相對較暗,並呈現出規律性。
源頭
為了探明這種周期性是否成立,經過157天的觀測發現,該信號活躍時間為90天,然後進入沉寂階段,然後再逐漸發射,然後重復。
除此之外,FRB121102也是僅有會重復運動的兩個信號中的一個。
另一個FRB信號周期比該信號短大約10倍,屬於罕見的快速射電暴。
另外,科學家們還對FRB121102建立了雙星體系的二進制模型,來假設這一信號如果出自於恒星之間的作用。
通過模型的研究,快速射電暴的電磁信號規律周期性呈現,源於磁場的影響。
當兩個不同天體磁場的對立影響,天體之間的吸積作用導致磁場變化,而這個系統的引力輻射脫離雙星時,所產生的間歇性羅氏葉溢出,可能是FRB121102呈現出規律的周期性原因。
對於快速射電暴這種現象的形成原因,眾說紛紜,人們很難確認到底是什麼引起的。
但在150多次的記錄裡已經可以確定,這並不是什麼外星生命所發射出的信號,而是一種天體物理現象,隻不過不能完全判定是由哪種天體引起。
證據
中國在天文探測領域方面一直在不斷的努力建設,對於各種天文現象中國也在一直跟蹤研究。
FRB一直以來都在歐洲地區有眾多發現和進展,在以往中國對FRB的研究中處於被動狀態,關鍵數據也不在手上。
隨著中國『天眼系統』的建立,在天文觀測上有了質的突破,在探測射電暴等脈沖信號上,天眼系統能夠接收更大面積的信號,並且有著更高的靈敏度。
這能夠讓我們看到國外研究團隊不容易探測到的信號。
2018年,澳大利亞的天文團隊發現了一個FRB的爆發源,中國在得到這一爆發源的信息後對其進行了觀測。
這次FRB180301的信號在往後的跟蹤探測中,發現其每個脈沖信號偏振變化的多樣化,這說明FRB的爆發源很有可能是來自密度極高的天體磁層。
這樣的直接觀測證據否定了歐洲學者以往對FRB現象是來自粒子沖撞以及其他理論的學說,更多的理論支持被放在了『磁星』影響上。
大型恒星在經過超新星爆發後會塌縮成一顆中子星,磁場也會迅速增強。
在爆發期間,自身可能會損失一定質量,如果要避免成為黑洞,就必須釋放出自身80%的質量。
在這個演化中,如果磁場和自轉速度非常強大的話,便有機會成為磁星。
磁星外殼具有等離子和鐵為主的重元素,張力產生時便會釋放出大量的能量射線,如X射線、伽馬射線。
另外,中國的科研團隊在對FRB200428的觀測中發現,這次的FRB能量比之前發現最弱的快速射電暴還要弱30倍。
部分天文學家認為一些有規律、重復爆發且能量較弱的FRB起源於磁星,而另外一種隻觀測到一次的強爆發則可能來自兩個密度極高的天體碰撞或者其他天文現象。
在快速射電暴的觀察中,目前還沒有詳細地完全研究。
但多樣化的爆發在未來可以進行分類,並進行類比分析,這些現象很有可能是來自相同的物理起源。
未來仍將繼續觀測
如今中國對FRB的精準觀測離不開天眼FAST系統,其在國際上有著深遠的影響,同樣也找到了大量類似的脈沖星,另外在引力波探測上,FAST也能夠對各種高密度天體進行仔細的觀測。
在未來對於FRB的觀測記錄還將繼續進行,中國也會把相關的研究數據公佈出來,同國際天文組織一同研究這一現象的起源。
隨著越來越多的觀測記錄,FRB也不再像以往那樣神秘,而是有著重要的研究意義。
在這些各種現象中,能夠幫助我們更好地認識宇宙的物理性質。
結語
宇宙中還有許許多多的未知信息等著人類去破解,這種強力的快速射電暴隻是其中的一種。
對FRB的多年研究認識,也讓科學家對宇宙空間有了更多新認識。
宇宙也並不是空蕩蕩的,這裡面充滿著各種射線、能量粒子。
快速射電暴或許隻是宇宙裡一種普通的『運動』,隻是由於在射電望遠鏡創建以前,人類沒有先進的觀測手段對宇宙進行仔細的觀察。
而如今有了先進的科技和眾多通力合作的天文學家以及研究人員,我們才得以知道這一奇特的現象。
人類的渺小在宇宙中又一次體現,但人類並不會放棄探索和學習。
對快速射電暴的持之以恒的研究也證明了這種精神。