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环球Tech|“天眼”再立功，看见罕见快速射电暴“三连闪”


从设计、建设、落成、调试 ， 再到今年初通过验收正式开放运行 ， “中国天眼”500米口径球面射电望远镜（FAST）宛如贵州喀斯特洼坑中的一颗明珠 ， 一举一动都牵动着天文学家乃至全国人民的心 。 近期 ， “中国天眼”再立新功 ， 发现来自宇宙深处的快速射电暴（FRB）新源 。
环球Tech|“天眼”再立功，看见罕见快速射电暴“三连闪”
本文插图

中国科学院国家天文台研究员朱炜玮、李菂等与合作者利用自主研发的搜寻技术 ， 结合深度学习人工智能技术（AI） ， 对FAST海量的巡天数据进行快速搜索 ， 发现了这一新源 。 近日 ， 该研究成果在线发表于《天体物理学快报》上 。
与首个重复射电暴脉冲结构相似
“这是FAST通过盲搜发现的第一个快速射电暴新源 ， 被命名为FRB 181123 。 这一新源显示出两个特点 ， 一是脉冲轮廓表现为较罕见的三峰结构 ， 这种结构通常在重复射电暴中出现；二是色散量高 ， 在已知快速射电暴里位列前茅 ， 由此可判断其来自宇宙的极深处 。 ”朱炜玮告诉科技日报采访人员 。
快速射电暴是一种持续仅数毫秒的神秘射电爆发现象 。 以往观测到的快速射电暴大部分是一次性的 ， 通常只有单峰结构 ， 即望远镜在某一个时间点接收到的光子数量突然剧烈上升 ， 就像天空突然闪亮 ， 又迅速暗淡下来 。 其中只有极少数是重复爆发的快速射电暴 ， 这时往往会出现多峰结构 ， 即连续闪烁两三次 ， 甚至更多 。
朱炜玮表示 ， 此次发现的新源就连续闪烁了3次 ， 每次闪烁的间隔约为5毫秒 ， 第一次爆发的能量最高 ， 后两次爆发的能量大致相当 ， 但比第一次“暗”很多 。 “这与人们观测到的首个重复射电暴FRB 121102的脉冲结构十分相似 。 ”
但是 ， 当被问及是否能够就此判定该新源为重复射电暴时 ， 朱炜玮的回答是否定的 ， “由于我们对快速射电暴的形成机制尚不了解 ， 仅凭多峰结构无法为快速射电暴贴上‘重复’标签 ， 今后我们会继续紧盯FRB 181123 ， 观测其是否重复爆发 。 ”
【环球Tech|“天眼”再立功，看见罕见快速射电暴“三连闪”】如何判断FRB 181123源自宇宙深处？
李菂在接受科技日报采访人员采访时指出 ， 脉冲信号与星际及星系际电子相互作用 ， 不同频率的电磁波传播速度不同导致色散 ， 跟光线通过云层产生彩虹有同样的物理基础 。 频率高的光子速度快 ， 会先到达地球 ， 通过测量不同频率的光子到达地球的时间 ， 就可以计算出快速射电暴的色散程度 。 色散量越高 ， 也就意味着光子的旅程越漫长 ， 离地球也就越远 。 此次发现的新源色散量约为FRB 121102的三倍 ， 意味着该新源来自更远的宇宙深处 。
“经估算 ， 该脉冲信号可能在宇宙中跋涉了约百亿年 ， 最终在2018年11月23日被FAST‘捕获’ 。 ”朱炜玮说 。
“这一新发现有赖于FAST超高的灵敏度 。 ”李菂进一步解释 ， 射电望远镜同光学望远镜一样 ， 口径越大 ， 灵敏度就越高 ， 接收到的电磁波就越多 ， 探测能力就越强 。 如果将FRB 181123绘在星空画布上 ， 它可能就是极淡的一抹色彩 。 就像2018年FAST探测到有史以来最暗弱的毫秒脉冲星之一 ， 很多其他国家的望远镜看了很多次却都没有看到这颗脉冲星 ， 这充分证明了FAST的“火眼金睛” 。
AI筛图助学者“大海捞针”
除了FAST超强的硬件配置 ， 后期数据的软件处理也是寻找到快速射电暴新源的关键之一 。
“我们发现新源的数据源自FAST的‘多科学目标漂移扫描巡天’项目 。 ”朱炜玮回忆 ， 当时FAST正值调试期间 ， 很多工作需要在白天完成 ， 研究人员便利用FAST晚上的“空闲”时间 ， 张开这只“巨眼” ， 对着天空进行漂移扫描 。
漂移扫描是一种简易快捷的扫描方式 ， 即FAST自身保持不动 ， 依托地球本身的自转 ， 就能够让特定天区“一览无余” 。 当然 ， 操作简洁的背后 ， 是让研究人员十分头痛的海量数据 。 尤其对于能够同时“望”向19个方向的FAST来讲 ， 数据流每秒钟高达几千兆 。


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