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中国天眼|“中国天眼”的新发现 终结天文界持续多年的一场争论

中国天眼|“中国天眼”的新发现 终结天文界持续多年的一场争论
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图片来源：quantamagazine.org
快速射电暴 ， 广袤宇宙中一种射电波瞬间暴发的现象 ， 其持续时间极短 ， 通常只有几毫秒 。 它们往往神龙见首不见尾 ， 出现一次 ， 便再无踪迹 。
过去十几年 ， 天文学家一直在收集相关信息 ， 只为探求真相：到底是谁发出了这种电波？如此快速闪现的射电波究竟包含了什么信息？
10月29日和11月5日 ， 利用500米口径球面射电望远镜（FAST） ， 科学家在国际科学期刊《自然》杂志上分别发表了2篇关于快速射电暴的研究成果 ， 这口被喻为中国天眼的大锅 ， 看到了这种毫秒电波起源的一些蛛丝马迹 。
几毫秒释放地球上几百亿年的发电量
2007年 ， 天文学家在分析澳大利亚64米射电望远镜于2001年记录的信号时 ， 首次发现了这种毫秒电波 。 它表现为一个持续时间很短、非常明亮的射电脉冲辐射 ， 科学家将这种毫秒闪现的电波形象地称为快速射电暴 。
可别小瞧这几毫秒的闪现 ， 虽然它存在的时间非常短 ， 但能量特别高 。 在这几毫秒的时间里 ， 它可以把地球上几百亿年的发电量 ， 完全以射电波的形式释放掉 。
我们认为 ， 快速射电暴是由自然的天体物理过程产生的 。 根据探测的辐射特征和观测特性 ， 我们觉得它应该来自磁星的磁层 。 北京大学教授、中国科学院国家天文台研究员李柯伽说 。
磁星是宇宙中一类致密天体 ， 它的周围有着特别强的磁场 。
事实上 ， 关于快速射电暴的来源 ， 主流的理论假说可以分为两派 。 一派认为它来自磁星的磁层；另一派则认为 ， 某些致密天体爆发会产生激波 ， 快速射电暴便来源于激波相互作用驱动的辐射 。
然而这些理论仍只是假设 ， 快速射电暴的来源仍然是个谜团 。 为何它如此难以探寻根源？快速射电暴几毫秒间就消失了 ， 非常难以捕获 。 因此 ， 这个问题几乎是天文学中最难的问题之一 。 中国科学院国家天文台研究员韩金林说 。
经过大约10年的探测 ， 天文学家收集了大约150多个快速射电暴的爆发源 ， 通过测量信号穿过星系际和银河系介质的效应 ， 可以断定这些爆发源中的绝大多数不在银河系内 。
2017年 ， 天文学家捕获到一个毫秒射电暴发 ， 它竟然在几个小时内重复了几次 。 天文学家利用全世界多台大型射电望远镜联合探测 ， 并利用几毫秒的记录信号进行快速定位 ， 终于将这个重复暴发的快速射电暴的爆发源定位到距离地球30亿光年的一个星系内 。
为两大派系理论争锋一锤定音
过去 ， 因为我国没有大型射电望远镜 ， 中国天文学家无法拿到第一手资料 ， 所以在这个前沿领域的研究中 ， 他们多是侧重于理论研究 。
FAST在探测快速射电暴方面具有无可比拟的优势 。 ‘中国天眼’的接收面积非常大 ， 超高的灵敏度使其能够看到其他望远镜看不到的、比较弱的脉冲辐射 。 李柯伽说 。
2019年 ， 天文学家利用FAST观测了一个爆发源FRB 180301 。 2018年3月1日 ， 澳大利亚首次探测到了这个爆发源 ， 研究人员希望能够确定这个爆发源是否会重复暴发 。 幸运的是 ， 2019年7月16日 ， 在2小时观测中 ， 研究团队如愿探测到了4次暴发 。
但随后在9月11日4个小时的观测中 ， 研究团队竟然什么信号也没有探测到 。 经过研究 ， 他们发现澳大利亚报告的爆发源位置有误差 ， 随后调整了观测策略 ， 将望远镜对准位置调正 ， 并记录偏振信号 。 在2019年10月6日和7日 ， FAST在6个小时内探测到11次暴发 。
统计下来 ， 在共计12个小时的观测时间里 ， FAST探测到了15次暴发 ， 每次电波闪现的强度曲线也各不相同 。 这个爆发源与30亿光年外的那个爆发源距离类似、射电暴发率类似 ， 但强度上要弱很多 。 韩金林说 。


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