來自宇宙中的神秘電波

牛晨輝 朱禹豪

別眨眼 有一束快速射電暴向你“飛”來

若能化身為“中國天眼”，我們就能“聽”到來自宇宙的“聲音”：137億年前，宇宙大爆炸時(shí)留下的微弱輻射信號;銀河系內(nèi)，脈沖星發(fā)出的周期性脈沖;還有我們今天的主角——來自銀河系外的快速射電暴。

快速射電暴是一種高能天體物理現(xiàn)象，它跟微波、紅外線、紫外線等一樣，都是一種電磁波，目前觀測到的波長從幾厘米到1 米，表現(xiàn)出波動(dòng)性。

它的爆發(fā)時(shí)間只有1/1000 秒。我們經(jīng)常用“一眨眼的功夫”比喻極短的時(shí)間，人類眨一下眼睛的時(shí)間大約是0.75 秒，由此可見快速射電暴是轉(zhuǎn)瞬即逝的。但是，在這么短的時(shí)間內(nèi)，它卻能釋放相當(dāng)于太陽一整年輻射出的能量。

這么高的能量會(huì)不會(huì)對地球產(chǎn)生影響呢？如果在太陽系周圍出現(xiàn)，那后果是不堪設(shè)想的。好在目前發(fā)現(xiàn)的快速射電暴大部分來自遙遠(yuǎn)的銀河系外，雖然爆發(fā)出的能量巨大，但到達(dá)地球之后信號已經(jīng)很微弱了。不僅不會(huì)對我們的生活造成影響，而且我們需要用“中國天眼”等設(shè)備才能感知其存在。

“中國天眼”：我要源源不斷接收“快樂”

在早期，科學(xué)家一直認(rèn)為快速射電暴是“一次性”的，直到2016年才發(fā)現(xiàn)重復(fù)爆發(fā)的快速射電暴。但即便如此，短暫的邂逅仍不足以讓我們“看清”快速射電暴的“真容”。

而中國科學(xué)家在“中國天眼”的幫助下發(fā)現(xiàn)的快速射電暴，是世界首例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴（簡稱“重復(fù)暴”）。也就是說，截至目前，只有“中國天眼”源源不斷地接收了來自宇宙的“快樂”！這為科學(xué)家進(jìn)一步揭開快速射電暴的起源、機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

快速射電暴的“家鄉(xiāng)”怎么找？

除了快速射電暴之外，宇宙中還彌漫著各種電磁波信號，我們是如何對它定位的呢？這就要提到色散現(xiàn)象。

生活中最常見的色散現(xiàn)象，是雨后太陽光照射到空中的雨滴，被折射、反射，形成彩虹。如果我們把電磁波的不同頻率成分類比成不同顏色的光，那么，它們在傳播路徑中也會(huì)形成像彩虹一樣色彩斑斕的景象。

電磁波的色散現(xiàn)象與其傳播路徑中遇到的電子總數(shù)有關(guān)。電子好比雨滴，電磁波穿過的電子數(shù)越多，被色散得越厲害，不同頻率成分到達(dá)地球的時(shí)間間隔越久。通過計(jì)算不同頻率成分的時(shí)間延遲，我們就能得到電磁波在傳播時(shí)所經(jīng)過的電子總數(shù)。通過比對測量到的電子總數(shù)與該方向銀河系內(nèi)的電子數(shù)量，會(huì)發(fā)現(xiàn)大部分快速射電暴穿過的電子數(shù)量非常大，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出該方向銀河系內(nèi)的電子數(shù)，也就是說，大部分快速射電暴的“家鄉(xiāng)”都在銀河系外。

“中國天眼”的貢獻(xiàn)使中國在快速射電暴研究領(lǐng)域站在了世界的第一梯隊(duì)，中國在天文設(shè)備的投入已經(jīng)初顯成效，相信中國下一代年輕人一定可以在天文領(lǐng)域取得更多突破。我們是宇宙中的一粒沙，宇宙中存在著許多我們目前無法理解的極端天體物理現(xiàn)象。雖然現(xiàn)在我們尚未完全理解快速射電暴這種來自宇宙中的神秘電波，但隨著天文技術(shù)的發(fā)展以及觀測樣本的增加，我們有朝一日一定可以揭開它的神秘面紗，就像屈原在《離騷》中的感慨：“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。”