搜尋神秘的宇宙“槍手”

北 辰

2007年，美國西弗吉尼亞大學(xué)的天文學(xué)家鄧肯·洛里默給一位學(xué)生布置了一個作業(yè)，叫他整理澳大利亞帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)資料，重點(diǎn)梳理關(guān)于脈沖星的資料。但是，當(dāng)學(xué)生把相關(guān)資料提供給他的時候，讓他吃驚不小，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)了一個神奇的信號，跟他之前見過的所有信號都不同。那是太空中最明亮的一個射電源，這個點(diǎn)發(fā)射出來的射電波僅僅持續(xù)了幾毫秒的短暫時間。這種信號后來被稱為“FRB”，而這個神奇的信號就是世界上首個被發(fā)現(xiàn)的快速射電暴。

快速射電暴就像隱藏在宇宙深處的一個神秘槍手，發(fā)射一顆子彈后就悄無聲息，再也沒有動靜。這個槍手從哪里來？它在什么地方？我們對它的來歷全然不知。

很多人不相信這是真的，為此他們提出了很多不同的見解：比如，有人認(rèn)為，當(dāng)汽車出現(xiàn)在射電望遠(yuǎn)鏡附近時，汽車火花塞點(diǎn)火會造成射電信號；自來水龍頭在迅速放水時，會產(chǎn)生這種電磁波干擾；甚至在微波爐關(guān)閉時，也會出現(xiàn)這種信號。后來人們果真在帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡的附近發(fā)現(xiàn)微波爐在關(guān)閉時會出現(xiàn)射電干擾，但微波爐的射電信號與之不同，能輕易地識別出來。

最后研究者證實(shí)，快速射電暴確實(shí)來自太空，而且它來自極其遙遠(yuǎn)的銀河系之外。

快速射電暴是由很多不同波長的射電波密集發(fā)射形成的，這些不同波長的射電波到來的時間是有差距的。由于它們在空間傳輸?shù)臅r候，會與稀薄真空中的極少數(shù)原子發(fā)生反應(yīng)，使不同波長的射電波出現(xiàn)微小延遲，通過測量延遲值，我們就能知道信號走了多遠(yuǎn)。據(jù)此我們知道這個快速射電暴來自很遙遠(yuǎn)的地方，那個地方至少在銀河系之外。

此后在帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡傳回的數(shù)據(jù)中，人們又找到了6個快速射電暴的訊號。后來世界各地的射電望遠(yuǎn)鏡也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了FRB，截至2018年3月，已發(fā)現(xiàn)了33個FRB。隨著越來越多的FRB被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們開始意識到FRB不僅真實(shí)無疑，還有可能是幾十年來最重大的天文學(xué)新發(fā)現(xiàn)之一。

宇宙“槍手”與“炮手”

科學(xué)家希望能夠找到一個重復(fù)射擊的宇宙“槍手”，以便對此進(jìn)行深入的研究。慶幸的是科學(xué)家還真的找到了一個這樣的“槍手”，它是由美國的口徑達(dá)300米的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。科學(xué)家在阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)了一個FRB信號，之后，他們在2012年11月2日又找到了這個信號，并確定這是一個重復(fù)信號，這個重復(fù)射擊者被命名為“FRB 121102”。

這個重復(fù)射擊者是個十分古怪的宇宙“槍手”，它在很長的時間內(nèi)一槍不發(fā)，突然又在兩個多小時內(nèi)爆發(fā)30多次，就像是發(fā)現(xiàn)了目標(biāo)后做連續(xù)射擊那樣。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)結(jié)果，它的爆發(fā)次數(shù)已經(jīng)超過150次了，而且是在30億光年之外發(fā)射的。

在至今已經(jīng)找到了30多個快速射電暴中，它是唯一的一個重復(fù)者。這究竟是一個特別的“槍手”，還是所有的“槍手”都這樣，只是我們還沒有捕捉到它們的重復(fù)動作？天文學(xué)家開始迷惑了，他們想到了宇宙中的“炮手”。

20世紀(jì)60年代，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了太空中存在一種快速的伽瑪射線暴。伽馬射線是射電波中能量最高的部分。當(dāng)伽馬射線暴發(fā)生的時候，它們?nèi)缈耧L(fēng)暴雨般突然來臨，持續(xù)時間也是極短暫的，僅有幾秒鐘。隨后，它們逐漸減弱。

它們可能是宇宙中雙中子星撞擊產(chǎn)生的，又或者是一個黑洞與一個中子星撞擊產(chǎn)生的，因?yàn)橹挥羞@種撞擊才能產(chǎn)生出如此巨大的能量。而快速射電暴的能量主要集中在無線電波方面，能量比它低得多。如果說快速射電暴是一桿槍，那么伽馬射線暴就是一門炮，它釋放出來的能量相當(dāng)于太陽幾十年釋放的能量，而快速射電暴只有太陽一兩天釋放的能量。

既然伽馬射線暴是由大質(zhì)量恒星撞擊導(dǎo)致的，快速射電暴也該是由大規(guī)模的恒星運(yùn)動產(chǎn)生的，那么它到底是怎樣產(chǎn)生的呢？科學(xué)家認(rèn)為，這可能是磁星產(chǎn)生的，或者是在磁星誕生時產(chǎn)生的，或者是由磁星的星震產(chǎn)生的。

磁星的星震

地球會發(fā)生地震，恒星、磁星也會。磁星是中子星的一種，它內(nèi)部的原子結(jié)構(gòu)已經(jīng)不存在，全部中子擠成一團(tuán)。這樣的中子星有著極高的密度和磁場，比一般中子星的磁場高上千倍。它在誕生的時候可以產(chǎn)生大規(guī)模的能量爆發(fā)，那么一次性的快速射電暴，很可能就是由磁星的誕生所致。當(dāng)它不穩(wěn)定的時候，還會發(fā)生持續(xù)的爆發(fā)，也就成為了重復(fù)者。

磁場把密度極高的中子星緊緊包圍，可能會導(dǎo)致地殼的斷裂，產(chǎn)生巨大的能量輸出，這就是磁星上的地震。地球上的地震有余震，同樣磁星也一樣，短期內(nèi)不斷重復(fù)的射電暴，就是它的余震。

要說快速射電暴就是磁星的星震，還有些為時過早，天文學(xué)家正準(zhǔn)備用多種手段來檢驗(yàn)。天文學(xué)家認(rèn)為，快速射電暴過后，能量減弱，那個天體殘留的能量還會在其他波段出現(xiàn)，比如會在光學(xué)波段出現(xiàn)，他們已經(jīng)準(zhǔn)備好其他觀測設(shè)備來研究它。

但是，快速射電暴就像是一個隱蔽的槍手，總是突然來一下，持續(xù)時間都不超過10毫秒，一般觀測設(shè)備也根本來不及反應(yīng)。它深深地掩藏著自己的行蹤，目前科學(xué)家想要確定它是不是磁星的星震還很困難。