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宇宙出现神秘信号,每16天重复一次,哈佛教授:应考虑所有可能

加拿大的科学家团队近日发现了一种每 16 天重复一次的快速射电暴(FRB)。这与其他 FRB 形成了鲜明的对比,FRB 更加分散。一些零星的 FRB 以簇的形式出现,并且不规律地重复,但是有规律的、可重复发生的 FRB 十分罕见。

哈佛大学天文学系主任阿维 · 勒布(Avi Loeb)告诉 DeepTech,“目前科学界还没有确凿的证据表明 FRBs 的性质,所以应该考虑所有的可能性,包括来自智慧文明的可能性。”他认为,FRBs 可能是一个具有多种来源类型的混合种群。

快速射电暴是指遥远宇宙中突然出现的短暂而猛烈的无线电波暴发,持续时间极短,通常只有几毫秒,却能够释放出相当于太阳在一整天内释放的能量。

2007 年,天体物理学家邓肯 · 洛里默(Duncan Lorimer)和他的学生大卫 · 纳克维奇(David Narkevic)观测到第一个 FRB,被称为洛里默爆炸。尽管很多脉冲星也能释放短暂的周期性无线电波,洛里默爆发却是单一性事件,持续时间只有几毫秒。从那时起,更多的 FRB 被发现了,尽管我们知道它们来自于星系外,但它们的起源仍不清楚。

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图 | 带有可用基带数据的突发事件的动态频谱。(来源:此次论文)

至于目前这个每 16 天重复一次的 FRB,研究人员追踪到其源头位于约 5 亿光年外的一个漩涡星系中,但其精确源头尚不明确。他们希望通过更多研究去定位其确切来源。相关研究论文已收录于 arXiv 预印本网站。该研究团队使用来自加拿大氢强度测绘实验快速电波爆发项目(CHIME/FRB)的数据。

CHIME 是一架射电望远镜,但它不同寻常。与其他可以瞄准目标的不同,CHIME 是固定的,没有活动部件。它由四个半圆柱体组成,每个半圆柱体可容纳 256 个双极化接收器。总共接收到 2048 个信号进行处理。随着地球的旋转,CHIME 可以看到一大片移动的天空。

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图 | CHIME 由四个金属 “半管” 组成,每个半管长 100 米。(来源:CHIME/Andre Renard, Dunlap Institute)

新的射电暴被称为 FRB 180916.J0158+65,它代表了一个不寻常的机会。由于大多数 FRB 不会重复,所以没有办法进行后续观测。但它大约每 16 天重复一次。此外,还有大约 10 个已知的 FRB 在重复,但它们的周期不固定。

研究人员发现了这个新的 FRB 后,回溯查看了以前的数据,发现了这个新 FRB 的 400 个观测值,并确定它的重复周期为 16.35 天。在最初四天的时间里,信号每小时到达一次,然后停止。大约 12 天后,它们又会重新开始,以此为循环。

天文学家已经能够确定新 FRB 的起源。它来自附近一个巨大螺旋星系中活跃的恒星形成区域。它是仅有的四个能追溯起源的 FRB 之一,并且在这四个 FRB 中,它是唯一的中继器。这意味其来源不是灾难性爆炸的结果,而是随着时间的推移持续存在的事物。

由于天体物理学家仍然不知道是什么产生了 FRB,确定它们的来源是理解它们的关键部分。虽然这颗最新的 FRB 来自 5 亿光年外的螺旋星系的恒星形成区域,但其他的 FRB 似乎有不同的来源。例如,其中一个来自低金属性的不规则矮星系。

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图 | 一个假设的快速射电爆的来源是磁星,一种具有极强磁场的脉冲星。在这幅图中,磁星的地壳正在破裂,导致高能喷发。(来源:NASA’s Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger)

关于 FRB 产生的原因,有很多理论。其中大部分都是推测性的,但这些猜测也有一些限制。

由于 FRB 只持续几毫秒,天体物理学家认为源头可能很小,只有几百公里。既然我们从如此遥远的地方探测到它们,它们的源头一定是充满能量的。

由此,阿维 · 勒布分析称,这种信号不太可能用于通信,因为长距离的对话会有长时间延迟,信号的双向传递需要数亿年。那么,如果通信的目标是短距离,为了节省能源,光的信号就不会如此强大。想要人为产生跨越宇宙距离的 FRBs,主要的技术挑战在于无线电波需要携带的巨大能量。他说,“这将需要一个庞大的工程项目,比我们在地球上设想的要难上几百万倍。”换句话说,该信号来自智慧文明的可能性非常小。

一些人认为 FRB 可能与伽玛射线暴(GRB)有关;或者它们可能是在与大质量物体碰撞时产生的,比如中子星和黑洞;另一种可能性是磁星,一种具有极强磁场的中子星;或者是恒星耀斑。一些人(大多不是专业人士)认为这些信号可能来自外星文明。

阿维 · 勒布倾向认为,该 FBR 信号最有可能是明亮的脉冲星类似物,脉冲星是具有强磁场的旋转中子星。

FRBs 的持续时间和无线电频率与脉冲星的闪光类似,但它们本质上比脉冲星亮数十亿倍,而且更分散。由于它们如此明亮,科学家可以从宇宙边缘看到它们,而脉冲星只能在银河系内被探测到。

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图 | 艺术家对磁星的印象。磁星是快速射电暴的一个假设来源。(来源:ESO/L. Calçada)

还有更多关于来源的假设,比如能量极高的超新星或由于暗物质而破裂的脉冲星。从那里开始,这些假设变得越来越奇异,例如宇宙弦,轴离子微簇的爆炸衰变,以及冒险接近超大质量黑洞的脉冲星。

当一种现象有那么多可能的原因时,这意味着你没有太多可做的了。

由于 FRB 180916.J0158 + 65 重复出现,它的来源可能是一个在轨道上围绕另一个天体运行的恒星体。在这种情况下,信号会被另一个物体以一种有规律的周期模式屏蔽掉。但目前为止只是这种解释,并没有说明来源是什么。在其他新闻稿中,还提到了其他可能性,其中包括恒星风,这些风可以交替增强和阻断信号。或者源头本身是一个旋转的物体。也可能是多种因素共同作用的结果。

目前,这个 FRB 来源仍然是个谜。但是其范围已经找到,如果新的 FRB 保持它的重复性,未来的望远镜可能能够更精确地定位这个来源。到那时,我们将会得到答案。

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