2007年,天文學家驚喜地發現了一種全新的宇宙現象:快速射電暴(FRB)。這是一種非常短暫的射電脈衝,通常只持續幾毫秒。
直觀來說,平均每個FRB釋放的能量相當於太陽三天的輸出量。不過,在它們抵達地球的時候,信號強度已經很微弱了。在過去的幾年裡,天文學家就發現了數百個FRB,這裡總結了5個最狂野、最奇妙的FRB。
FRB 20200428A
磁陀星藝術家印象圖。(圖/NASA/Goddard)
2020年4月是FRB研究的轉折點。在此之前,所有關於FRB起源的理論都只是紙上談兵,因為還沒有足夠的觀測證據來佐證那些猜想。而FRB 20200428A的發現改變了這一切。在CHIME(加拿大氫強度測繪實驗)等射電天文臺捕捉到它的信號的同時,多處X射線天文臺同時捕捉到了來自同一地點的X射線暴,它們幫助天文學家鎖定了這次FRB的源頭。就天文尺度而言,它就在我們附近。
FRB 20200428A是銀河系內發現的第一個FRB,來自三萬光年外的一顆恆星。但那不是一顆普通的恆星,而是一顆磁陀星——一種具有極其複雜和強大磁場的中子星。這一發現讓科學家可以確定至少有一些FRB是由磁陀星引起的,但天文學家同樣認為,FRB很可能不止這一種來源。
FRB 20121102A
(圖/ESO/M. Kornmesser)
FRB 20121102A並不是一次性的爆發,它是最早發現的一個重複FRB。當然,如今已知的重複FRB遠不止它。有些天文學家甚至認為所有的FRB最終都會重複出現,只是這一可能性仍有待進一步的驗證。
更關鍵的是,重複並不是FRB 20121102A的奇怪之處。它實際上是一種連續爆發,有時,它會突然停止,偶爾熄滅一段時間,接著再恢復如初。這就意味著,如果FRB 20121102A同樣是來自磁陀星,那也一定是某種前所未見的磁陀星——或許是一顆相當年輕的磁陀星,或者是在某種特殊條件下形成的,又或者是一顆自轉週期很長的磁陀星。
FRB 20191221A
(圖/CHIME, MIT News)
FRB 20191221A非常不同尋常。它持續了三秒,這個時間長度大約是平均FRB的1000倍。更有意思的是,在這三秒裡,每隔0.2秒就會出現一次明顯的重複週期模式,就像心跳一樣。
這個FRB信號來源於一個距離地球幾十億光年外的遙遠星系,天文學家懷疑它可能來自射電脈衝星或磁陀星——它們都屬於中子星。
FRB 20190425A
(圖/雙子星天文臺,NOIRLab, NSF, AURA, LIGO)
與前幾個FRB相比,FRB 20190425A的獨特之處在於,它同時被射電望遠鏡和引力波探測器觀測到了。更嚴謹地說,有可能是這樣的。
2019年4月25日,CHIME記錄到了一個高能FRB。就在同一天,LIGO(鐳射干涉引力波天文臺)探測到了兩顆中子星碰撞產生的引力波。這兩個事件都發生在同一片天區,距離非常接近。但測量存在一定的不確定性,還無法確認它們就是同一個來源。
引力波比FRB要早2.5小時到達。如果這兩個事件真的相關,就要解釋這種時間差異。一些研究人員提出,中子星碰撞之後,一顆倖存下來的殘餘恆星延續了一段時間,並隨著時間推移最終坍縮成了黑洞。這一過程結束時,恆星的磁層也會被拋射出來,這就導致了FRB在碰撞發生後的2.5小時才出現。這種被稱為坍閃星的中子星坍縮或許能成為某些FRB的可能解釋。但坍閃星實在太罕見了,更何況,這目前還只是理論上的可能,我們還無法證明它們的存在。
此外,近期對資料的深挖也讓人們再次質疑引力波事件和FRB事件是否真的相關。目前只能把它歸為「可能」的一類。
FRB 20220610A
(圖/NASA, ESA, STScI, Alexa Gordon)
FRB 20220610A是迄今為止發現的最遙遠、最古老的FRB。它有80多億年的歷史,穿越了半個可觀測宇宙才來到地球,也是迄今為止發現的最強大的FRB。
2024年,天文學家宣佈,他們將哈勃望遠鏡對準了這個FRB的來源,發現了一個由7個矮星系組成的旋渦,這些星系彼此糾纏,相互影響,正朝著即將併合的未來邁進。大多數FRB有個共同點,它們往往來自存在大量新誕生的年輕恆星的區域。而天文學家認為,發現的這片區域中星系的相互作用,很有可能誘發新恆星的形成。這也為理論提供了又一佐證。
除了異常強大,FRB 20220610A還在另一個方面與眾不同。當FRB穿過宇宙飛向地球時,偶爾會和沿途的自由粒子發生碰撞,讓FRB的某些波長延遲到達。這種效應也被稱為色散。因此,測量色散模式就能估算出在我們和FRB源之間有多少星際物質。幾乎所有FRB的色散模式都很相似,它們都是以一種已知的速率變化,隨著距離的增加而變大。只有兩個驚人的例外,FRB 20220610A就是其中之一。
天文學家推測,也許是受到某種磁化等離子體暴的干擾,色散測量出現了偏差。它誕生的環境有可能是個極度混亂的地方。不過,這給天文學家提了個醒,面對色散測量值必須格外謹慎,FRB 20220610A這樣的例子已經表明,這些數字有時候也會出錯。
隨著越來越多FRB的發現,打破這一紀錄或許指日可待。
#創作團隊:
編譯:Takeko
排版:雯雯
#參考來源:
https://insidetheperimeter.ca/top-five-weirdest-fast-radio-bursts/
#圖片來源:
封面圖&首圖:NASA/JPL-Caltech