“520”這天，“中國天眼”連續4次捕捉到30億光年外神秘信號！
發(fā)布人：中國科學(xué)報
時(shí)間：2022-06-13
來(lái)源：工程師
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在中國科學(xué)院國家天文臺（以下簡(jiǎn)稱(chēng)國家天文臺）研究員李菂研究組里，“90后”博士后牛晨輝的外號是“巨星”，當初得名僅僅是因為他在一張合照里顯得格外高大魁梧。
而在尋找快速射電暴（FRB）的征途上，牛晨輝正奮力朝著(zhù)名副其實(shí)的“巨星”努力。
北京時(shí)間6月9日，李菂領(lǐng)導的國際團隊在《自然》發(fā)表文章，報道了他們在“中國天眼”FAST（500米口徑球面射電望遠鏡）的幫助下，發(fā)現了迄今為止唯一一例持續活躍的重復快速射電暴，并將其命名為“FRB 20190520B”。后續多臺國際設備天地協(xié)同觀(guān)測，將它的“家鄉”鎖定在一個(gè)距離地球30億光年的貧金屬矮星系。牛晨輝正是該論文的第一作者。
作為世界上最大的單口徑望遠鏡，FAST在“多科學(xué)目標同時(shí)巡天（CRAFTS）”優(yōu)先重大項目支持下，開(kāi)展快速射電暴搜尋，已經(jīng)發(fā)現至少6例新FRB，為揭示宇宙中這一神秘現象的機制、推進(jìn)天文學(xué)這一全新領(lǐng)域的研究作出獨特的貢獻。
在中國科學(xué)院6月7日舉行的新聞發(fā)布會(huì )上，回首FAST過(guò)去20多年的建設史，國家天文臺FAST運行和發(fā)展中心常務(wù)副主任、總工程師姜鵬倍感欣慰。他打趣說(shuō)：“當時(shí)的艱辛一度讓人對未來(lái)產(chǎn)生迷茫。早知道FAST能有這么多收獲，我們或許會(huì )更加賣(mài)力！”
李菂研究團隊部分成員合影，右一為李菂，左三為牛晨輝 國家天文臺供圖再也不見(jiàn)的“眨眼”
快速射電暴是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現象，2007年才被首次發(fā)現。其可以拆分成“快速”“射電”“暴”三個(gè)部分來(lái)理解。其中，“快速”意指爆發(fā)持續時(shí)間非常短?！叭艘徽Ｑ鄣墓し虼蠹s300毫秒，FRB持續的時(shí)間是1毫秒，比眨眼瞬間還要快許多?！迸３枯x介紹說(shuō)。
而“射電”意指所在的電磁波波段；“暴”意指劇烈爆發(fā)現象，不用1毫秒就能釋放太陽(yáng)大約一整年輻射出的能量。
那么問(wèn)題來(lái)了，究竟是什么東西能在比“眨眼”還短的瞬間爆發(fā)出如此高的能量？是外星人發(fā)來(lái)的信號嗎？對此，李菂的看法是，“目前科學(xué)上已知的證據并沒(méi)有支持FRB起源于外星人這樣的‘超自然’現象，科學(xué)家認為FRB可能起源于中子星或矮星系”。
很長(cháng)時(shí)間以來(lái)，同一個(gè)FRB往往只能被探測到一次，好比宇宙深處每一次的“暗送秋波”轉瞬即逝，再也不出現，自然也看不清、找不到那個(gè)“眨眼睛的人”——“再見(jiàn)，再也不見(jiàn)”。
直到2016年，一次重復的“眨眼”才被美國阿雷西博望遠鏡探測到，它被命名為FRB 20121102A。隨著(zhù)觀(guān)測設備不斷升級，全球公布了近500例FRB，只有不到10例有活躍爆發(fā)。但即使是重復爆發(fā)的FRB也有其窗口期，一旦窗口期過(guò)去，它又躲進(jìn)茫茫黑暗中?？茖W(xué)家所期待的那些一直“眨眼”的持續活躍的重復快速射電暴，久久沒(méi)有出現。
20秒4次 “一眼”萬(wàn)年
轉機發(fā)生在2019年5月20日的夜里，矗立在貴州平塘一隅的FAST一如既往仰望蒼穹。500米的大口徑讓它具有探測電磁波的高靈敏度，盡力傾聽(tīng)宇宙的聲音?！班?，嘀，嘀……”一個(gè)波束掃過(guò)的10秒內，FAST看到了3次“眨眼”。20秒后，另外一個(gè)波束掃到相鄰位置時(shí)又探測到1次“眨眼”。
牛晨輝在龐雜的數據中發(fā)現了20秒內的4次脈沖信號，他感到又驚又喜：又一個(gè)重復的FRB？！隨即，科研工作者的理智讓他冷靜下來(lái)，在排除脈沖星和射電干擾后，他才確定該脈沖的確來(lái)自于一個(gè)新的FRB，并按照用探測日期命名的慣例，將其命名為FRB 20190520B。
在后續觀(guān)測中，他和同事們又發(fā)現新的驚喜，FRB 20190520B不僅是重復的，還是沒(méi)有爆發(fā)窗口的持續活躍的快速射電暴。最新發(fā)表的這篇論文中，他們確認，這是世界首例持續活躍的重復快速射電暴。
“20190520，依舊520?！逼綍r(shí)科研中相當嚴謹的牛晨輝感到一種無(wú)法用語(yǔ)言表達的奇妙緣分?！八某掷m活躍，似乎是在那次‘一眼萬(wàn)年’的邂逅之后，和FAST演繹著(zhù)一場(chǎng)永久的愛(ài)情?！?/span>
FRB位于銀道坐標系下的全天分布，紅色五角星位置是FRB 20190520B。其他快速射電暴都有窗口期，而勤奮的FRB 20190520B從未停歇。 國家天文臺供圖
30億光年外“尋家”
科研工作沒(méi)有止步于浪漫的想象中?？蒲腥藛T迅速開(kāi)展了對這一特別FRB的全方位探索。
為了精確定位它的“家鄉”，李菂研究團隊發(fā)起了國際合作。團隊通過(guò)與美國甚大陣列望遠鏡、美國帕洛瑪200英寸望遠鏡和凱克望遠鏡、加拿大—法國—夏威夷望遠鏡和日本斯巴魯近紅外光學(xué)望遠鏡等合作，確定了其“宿主星系”是距離地球30億光年的貧金屬的矮星系。
李菂強調，“雖然全球各地的望遠鏡由不同國家投資建設，但我們面對的是同一片天空，天文學(xué)是全人類(lèi)的共同追求?！?/span>
FAST望遠鏡與美國甚大陣列望遠鏡合成圖，上為美國甚大陣列望遠鏡陣列，下為FAST。國家天文臺供圖
同時(shí)，“色散值”這一特征數據表明，FRB 20190520B的近源電子密度遠高于其他FRB，表明在其宿主星系傳播路徑中經(jīng)過(guò)了復雜的電子密度分布。簡(jiǎn)單地說(shuō)，其宿主星系的環(huán)境十分復雜，以至于劇烈的射電暴在離開(kāi)“老家”時(shí)歷盡艱辛，此后抵達地球的旅程反而相對順利。
FRB領(lǐng)域創(chuàng )始人鄧肯·洛里默對此評價(jià)說(shuō)：“基于上述認識，我認為快速射電暴可能有不同的分類(lèi)。隨著(zhù)快速射電暴樣本的持續增長(cháng)，預計未來(lái)幾年內，我們能夠揭開(kāi)快速射電暴神秘的面紗?！?/span>
此外，研究人員還發(fā)現，FRB 20190520B與FRB 20121102A有著(zhù)“孿生兄弟”般的相似度，包括附近都伴隨有持續射電源對應體、都極為活躍并擁有復雜的電磁環(huán)境等?！八鼈冇锌赡艽砹丝焖偕潆姳┭莼脑缙陔A段?！迸３枯x告訴《中國科學(xué)報》。
如今，發(fā)現FRB 20121102A的阿雷西博望遠鏡已經(jīng)因為年久失修而坍塌，接力棒則交到了FAST手上。李菂期待，在“快速射電暴巡天”優(yōu)先重大項目支持下，FAST的持續觀(guān)測有望建立全新的FRB演化圖景。
當然，接過(guò)“接力棒”的還有牛晨輝。他永遠銘記已經(jīng)故去的親手建造FAST的南仁東先生的一句話(huà)：“最好的天文設備實(shí)際上是修給下一代的天文學(xué)家，修給現在在讀和將要入學(xué)的年輕人?！?/span>
“我就是當年先生口中的‘年輕人’，能夠站在巨人的肩膀上，我深感幸運?！迸３枯x表示。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04755-5
《中國科學(xué)報》 (2022-06-10 第1版 要聞 原標題為《FAST與“520”一眼萬(wàn)年的邂逅》)
編輯 | 趙路
排版 | 志海
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