奇怪信號造訪地球破解天文學(xué)最深的謎

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2001年8月24日瞭郑,一次持續(xù)5毫秒的射電爆發(fā)光臨地球辜御。沒有人知道這些射線來自哪里,似乎是數(shù)十億光年外的地方屈张。

“它如此明亮擒权,我們無法不理會⊥嗉耄”該信號的聯(lián)合發(fā)現(xiàn)者菜拓、美國西弗吉尼亞大學(xué)天文學(xué)家Duncan Lorimer說瓣窄,“但我們也不知道用它做些什么笛厦。”研究人員在整理澳大利亞帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)了這些信號俺夕。

這類轉(zhuǎn)瞬即逝的射電爆發(fā)通常來自脈沖星——旋轉(zhuǎn)的磁性恒星裳凸。但Lorimer認(rèn)為這是單一性事件,且比以往所知的脈沖星爆發(fā)更有能量劝贸。

這不僅讓人聯(lián)想起英國天文學(xué)家約瑟琳·貝爾·伯奈爾1967年探測到來自太陽系外的神秘脈沖信號姨谷。她認(rèn)為信號來自于一個地外智能文明,但后來證明這些信號 的源頭是快速旋轉(zhuǎn)的脈沖星映九。這次梦湘,天文學(xué)家又捕獲到令他們困惑的神秘信號,于是產(chǎn)生了一個疑問件甥,即是否接收到來自外星人的信息捌议?

在與前導(dǎo)師、澳大利亞斯文本科技大學(xué)天體物理學(xué)家Matthew Bailes徹底分析了數(shù)據(jù)后引有,Lorimer開始意識到該發(fā)現(xiàn)的重大意義瓣颅。它的來源似乎與預(yù)計的一樣遠(yuǎn),幾毫秒內(nèi)爆發(fā)的能量就相當(dāng)于5億個太陽譬正」梗“我們開始相信這確實不平凡檬姥。”他說粉怕。

但之后再沒有任何爆發(fā)健民,于是最初的激動變成了懷疑。射電天文學(xué)家開始懷疑這種神秘峰值:很多事件都能導(dǎo)致這一現(xiàn)象贫贝,例如移動電話信號荞雏、雷達(dá)探測信號、特殊天氣現(xiàn)象和設(shè)備故障等平酿。不過凤优,令人欣慰的是,之后幾年又有研究小組發(fā)現(xiàn)了這些信號蜈彼。

2012年筑辨,現(xiàn)工作于德國波恩馬克斯普朗克射電天文學(xué)研究所的Evan Keane和同事發(fā)現(xiàn)了類似的事件;英國曼徹斯特大學(xué)的Dan Thornton及其同事一次發(fā)現(xiàn)了6起這樣的事件⌒夷妫現(xiàn)在棍辕,2001年的事件被認(rèn)為是奇特新來源的快速射電爆發(fā)(FRB),這也是天文學(xué)上最復(fù)雜的神秘現(xiàn) 象之一还绘。

無論這些信號是什么楚昭,隨著觀測到更多的FRB,科學(xué)家能夠收集到比之前研究更多的細(xì)節(jié)拍顷。分析表明FRB非常頻繁抚太,天空中每10秒就會產(chǎn)生一次爆發(fā)。但人們 仍然無法解釋昔案。理論家認(rèn)為它們可能來源于正在蒸發(fā)的黑洞尿贫、中子星碰撞和大規(guī)模磁場爆發(fā)。但美國哈佛大學(xué)天文學(xué)家Edo Berger表示踏揣,即便最好的模型也無法解釋所有觀察值庆亡。

不過,答案可能很快就會清晰捞稿。全世界的望遠(yuǎn)鏡都在尋找這種神秘爆發(fā)又谋。其中,加拿大氫強(qiáng)度映射實驗(CHIME)似乎在一天內(nèi)發(fā)現(xiàn)了12次FRB娱局,相關(guān)成果將于2017年底在線發(fā)表彰亥。

“該領(lǐng)域正在不斷被探索×逑剑”Bailes說剩愧。

好奇驅(qū)使

天文學(xué)家似乎對“洛里默爆發(fā)事件”更有信心。2010年剛完成天體物理學(xué)博士學(xué)位的Sarah Burke-Spolaor搜羅了帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡的舊數(shù)據(jù)娇斩,以尋找更多的爆發(fā)事件仁卷。結(jié)果她發(fā)現(xiàn)了16個信號穴翩。

這些信號大部分與“洛里默爆發(fā)事件”顯著類似。但它們也表現(xiàn)出了“分散性”锦积,這意味著探測器出現(xiàn)高頻波浪數(shù)百毫秒后才出現(xiàn)低波浪芒帕。而這種分散效應(yīng)是Lorimer和Bailes發(fā)現(xiàn)的來自銀河系外的經(jīng)典爆發(fā)事件令人信服的最重要證據(jù)之一。

離子氣體云中的星際電子更多以低頻波浪相互影響丰介,這就會輕微影響低頻波到達(dá)地球的時間背蟆,并延長該信號。而在“洛里默爆發(fā)事件”里哮幢,這種延遲如此廣泛带膀,以至這種波必須穿越大量物質(zhì)——比銀河系內(nèi)的物質(zhì)多得多。

不幸的是橙垢,Lorimer和Bailes的發(fā)現(xiàn)過于平淡垛叨,而Burke-Spolaor的信號則與原始信號存在一個重要不同點:它們似乎從四面八方涌進(jìn) 來,而不僅僅是望遠(yuǎn)鏡指向的方向柜某∷栽科學(xué)家將其命名為佩利冬(perytons)——神話中的有翼生物,并發(fā)現(xiàn)這些爆發(fā)可能源于閃電或一些人造來源喂击。但它們 也許不是天外來客剂癌。

Lorimer 決定暫時推遲FRB研究『舶恚“我還沒有獲得終身職位佩谷,因此不得不去做更主流的項目〈亲觯”他說琳要。而Bailes團(tuán)隊則在繼續(xù),并增加了帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡使用時間 和頻率分析秤茅。2013年,他們發(fā)現(xiàn)類似“洛里默爆發(fā)事件”的4個FRB候選者童叠。但一些局外人仍對這些射線來自太空保持懷疑框喳,一個重要原因是所有的FRB均 由一個團(tuán)隊使用同一架望遠(yuǎn)鏡獲得∠锰常“我非常希望其他地方的其他人也能探測到五垮。”Bailes說杜秸。

2014年放仗,他的愿望成真。德國馬普學(xué)會射電天文學(xué)研究所天文學(xué)家Laura Spitler小組利用波多黎各阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一次爆發(fā)撬碟〉ぃ“我欣喜若狂莉撇。”Bailes說惶傻。荷蘭射電天文學(xué)研究所天體物理學(xué)家Emily Petroff表示棍郎,這個發(fā)現(xiàn)讓大多數(shù)人相信FRB是真實存在的。但它們?nèi)陨钕菝造F银室。

2015年涂佃,Petroff團(tuán)隊表示已經(jīng)知道佩利冬可能來自地球,并將目標(biāo)鎖定為微波爐蜈敢。研究人員發(fā)現(xiàn)辜荠,只有在天文臺廚房的那臺微波爐還在運(yùn)行時,強(qiáng)行打 開爐門抓狭,微波爐突然停止工作侨拦,就會從爐門泄漏出一些微波輻射,而同時辐宾,望遠(yuǎn)鏡的天線正好朝向這邊狱从。“我們已經(jīng)解決了佩利冬之謎叠纹,并增加了我們對FRB是真 實存在的信心季研。”Petroff說誉察。

靈感爆發(fā)

但人們依然不知道FRB到底是什么与涡。這個極短信號只有5毫秒,這暗示著來源必須是一個致密物體持偏,直徑不超過100公里—— 一個恒星質(zhì)量黑洞或一顆中子星驼卖。

荷蘭奈梅亨拉德伯德大學(xué)Heino Falcke和德國波茨坦馬普學(xué)會重力物理學(xué)研究院Luciano Rezzolla認(rèn)為,當(dāng)一顆超新星爆發(fā)產(chǎn)生了一顆略微超重的緊密中子星時鸿秆,就會發(fā)生FRB酌畜。

今年年初,Spitler團(tuán)隊報告稱至少有一個FRB來源反復(fù)出現(xiàn):阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡所得的數(shù)據(jù)揭示在兩個月時間里發(fā)生了一次爆發(fā)颶風(fēng)卿叽,一些僅相隔幾分 鐘桥胞。這一現(xiàn)象已被綠色銀行望遠(yuǎn)鏡證實。直到那時考婴,每個被觀察到的FRB都是單一性事件昆码,暗示了源頭出現(xiàn)災(zāi)難性爆發(fā)或碰撞能岩,并被破壞顺又。

而重復(fù)出現(xiàn)的FRB則意味著其源頭幸免于難昔头。因此,Petroff表示,“我猜它與中子星有關(guān)”——不需要自我毀滅就能發(fā)射脈沖策精。Spitler也表示同意舰始。例如,她指向蟹狀星云:超新星爆發(fā)的產(chǎn)物蛮寂。

1054年人們曾觀察到此次爆發(fā)蔽午,之后出現(xiàn)了被灼熱氣體包圍的迅速旋轉(zhuǎn)的脈沖星。Spitler表示酬蹋,該星云偶爾釋放極其明亮的光和射電閃爍及老。如果它位于遙遠(yuǎn)的星系,并出現(xiàn)能量急劇提升范抓,它將發(fā)射出類似FRB的東西骄恶。

Spitler指出,如果一個源頭重復(fù)出現(xiàn)匕垫,最簡單的解釋是其他望遠(yuǎn)鏡對FRB不夠敏感僧鲁,或不夠幸運(yùn),無法觀察到象泵。也有人認(rèn)為只有部分FRB能重復(fù)寞秃。“如果我們發(fā)現(xiàn)2~3個FRB群偶惠,我一點也不驚訝春寿。”Petroff說忽孽。

一段長路

另一個重要問題是绑改,F(xiàn)RB距離地球有多遠(yuǎn)。被觀察到的20次爆發(fā)隨機(jī)分散于太空兄一,其源頭似乎都位于銀河系之外厘线。但美國哈佛大學(xué)物理學(xué)家Avi Loeb表示,如此長的距離意味著源頭能量輸出超乎想象出革。

“如果爆發(fā)能重復(fù)造壮,那源頭不能被破壞,因此也不能釋放如此多的能量蹋盆》驯。”Loeb說∑芪恚“能量輸出能限制它的距離∥爸冢”或許析藕,F(xiàn)RB的源頭是銀河系內(nèi)的中子星,而分散的主要原因是未知電子云覆蓋著它們凳厢。

但也有人認(rèn)為系內(nèi)存在如此稠密的星云應(yīng)當(dāng)在其他波段被發(fā)現(xiàn)账胧。美國加州理工學(xué)院天體物理學(xué)家Shri Kulkarni梳理了數(shù)個望遠(yuǎn)鏡的銀河系源數(shù)據(jù)竞慢,結(jié)果一無所獲。Kulkarni之前認(rèn)為FRB來自銀河系內(nèi)治泥,但現(xiàn)在他相信FRB是系外來客的證據(jù)是壓 倒性的筹煮。不過,Kulkarni沒有排除FRB源頭位于星系內(nèi)的可能性居夹,或許在10億光年外败潦,而非數(shù)十億光年外。

無論如何准脂,這個問題的答案對觀察者而言將意味深遠(yuǎn)劫扒。如果FRB信號穿越等離子云,它們將攜帶臨近星系的天氣預(yù)報狸膏。如果它們確實來自深空沟饥,那將有助于解決長期存在的宇宙之謎。

但首先天文學(xué)家需要找到更多的FRB湾戳,并確定其位置贤旷。“直到現(xiàn)在砾脑,我們都只是在黑暗中摸索幼驶。”Berger說拦止。完成該目標(biāo)的方法之一是實時從射電望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)中提取FRB县遣,以便其他天文臺的科學(xué)家能在多波段觀測到爆發(fā)。

2月汹族,該策略似乎取得成功萧求,一個獨立團(tuán)隊在帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡觀察到FRB信號兩小時內(nèi)進(jìn)行了追蹤,并暫時將其定位在一個60億光年外的星系中顶瞒。雖然夸政,進(jìn)一步觀測對這一結(jié)論提出質(zhì)疑,但Lorimer仍表示榴徐,該方法在未來會成功守问。

如果FRB來自宇宙深處,Loeb表示坑资,定位它們將是一個重大突破耗帕,或有助于探索宇宙中失落的物質(zhì)。不過袱贮,F(xiàn)RB也可能是沒有人想到的東西仿便。“自然界遠(yuǎn)比我們想象的豐富∷砸牵”他說荒勇。

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