科學家首次揭示神秘“快速射電暴”起源線索

快速射電暴（FRBs），遙遠宇宙中突然出現的短暫而明亮的無線電波爆發，從近十年前首次被報告，就一直讓天文學家感到困惑。這些神秘的事件只有少數幾起得到確鑿的證認，但是此前的觀測沒有多少細節可以揭示它們到底如何發生，甚至到底在哪裏發生。

分析了近700個小時的美國國家科學基金會（NSF）綠堤望遠鏡（GBT）存檔數據後，一組天文學家已經發現了一個迄今為止包含最多細節的快速射電暴事件。這些新分析的數據，其中同時包括線偏振和圓偏振數據，表明這一爆發發生在高度磁化的區域內，有可能是一個近期的超新星，或活躍的恆星形成星雲。

“我們現在知道，來自這一快速射電暴的電波在發出後不久就穿過了一個高密度的磁化區域。這顯著縮小了爆發的位置和原因的可能性，”《自然》雜誌論文的主要作者、加拿大不列顛哥倫比亞大學(UBC)的天文學家増井清説。 “做出這一分析的關鍵是，這一爆發有記錄非常完整的偏振數據。這是第一次有這樣詳細的快速射電暴數據。”

偏振是光波的電場振動的方向。正是光的這種特性，使偏光太陽鏡能夠減弱太陽光，並在3-D電影中使觀眾獲得立體感。

快速射電暴是用射電望遠鏡探測到的來歷不明的短暫閃光，雖然持續的時間還不到一秒鐘，它所包含的能量卻比我們的太陽幾十萬年中發出的能量還多。迄今只有11個FRB事件獲得了確鑿的證認，但天文學家們相信，在可觀測的宇宙中每天都會發生成千上萬這樣的爆發。但是，要找到它們，卻需要仔細而審慎地分析當前和存檔中的日常射電天文觀測記錄數據。

新發現的快速射電暴，被稱為FRB 110523，是用増井和他來自南非德班的誇祖魯 - 納塔爾大學的同事喬納森•西弗斯開發的專門軟件發現的。

通常情況下，要在浩如煙海的數據中找到這樣一種曇花一現的信號如果不是不可能、也至少是極為艱鉅的，因為快速射電暴本來短促、清晰的信號在空間的傳播中卻散開而變得模糊了，這就是無線電信號的色散延遲效應。這一效應在射電天文學中常被用來估計距離--信號的色散越大，離地球越遠。在這次事件中，色散表明這次快速射電暴的源離地球不超過60億光年。但是，色散也使得存檔數據中的快速射電暴變得很不明顯。

這一新的數據挖掘軟件用專門的算法，首先消除色散，使其恢復到原始的狀態。

該小組用他們的軟件首先在綠堤望遠鏡的數據中進行一次篩選，標出可能的候選者信號。這產生了6000多個可能的快速射電暴事件，這些再由團隊成員、來自匹茲堡的卡耐基梅隆大學的林修賢逐個檢查。他的分析淘汰了絕大部分候選者，只有一個事件還保留下來。但這一個信號卻比之前發現的任何一個都包含更多關於偏振的細節。

“在這非常大量的數據中，我們發現了一個很獨特的信號，與快速射電暴所有已知的特徵都吻合，但卻含有此前從未被看到的偏振數據，”也來自卡內基•梅隆大學的傑弗裏•彼得森説。

在此前觀測的快速射電暴中，只探測到過圓偏振數據。造成這種情況的部分原因是望遠鏡的觀測能力，另外還有所能存儲的望遠鏡數據的限制。綠堤望遠鏡既有探測完整的偏振圖像的能力，又有充足的觀測數據存檔。

通過研究這最近一次探測到的線偏振數據，研究人員發現，從快速射電暴發出的無線電波顯示出法拉第旋轉效應，這是當無線電波通過一個強大的磁場時發生的螺旋形扭曲，其形狀就好像開啓葡萄酒瓶木塞的螺旋起子。

“這告訴我們一些射電暴傳來的路徑上磁場的信息，也給我們一些射電暴周圍環境的啓示。”增井解釋説。 “想解釋這些射電暴的理論家們也多了一點可用的資料。”

對信號進一步的分析表明，它在來地球的路上經過了兩個不同的稱為（散射）屏的電離氣體區域。通過分析兩個屏之間的相互作用，天文學家能夠確定它們的相對位置。最強的屏非常接近爆發的源頭，在爆發源的十萬光年以內，這將其置於源所處的星系內。只有兩種東西可以在信號上留下這樣的印記：源周圍的星雲，或者其星系中心的電離氣體。

此外研究人員還發現快速射電暴的無線電輻射具有類似恆星的閃爍現象。這種無線電波段的閃爍現象通常出現在脈衝星的觀測中。中國科學院國家天文台的李毅超博士分析了快速射電暴方向上一顆脈衝星的閃爍數據，表明快速射電暴也和脈衝星一樣，其閃爍部分是由銀河系星際介質引起的；同時也説明其爆發位置應當在30億光年以內。

“總之，這些令人驚歎的數據揭示了我們以往從未了解的快速射電暴，並對這些神秘事件給出了很強的限制。”增井總結説。 “我們也有了一個令人興奮的新工具，可以搜索海量的檔案數據以發現更多的例子，真正瞭解它們的本質。”

100米的綠堤望遠鏡（又譯：格林班克望遠鏡）是目前世界上最大的全可動射電望遠鏡。它所處的（美國）國家射電寧靜區和西弗吉尼亞射電天文區的位置使這一具有令人難以置信的靈敏度的望遠鏡可以免收不必要的無線電干擾，從而進行獨特的觀測。美國國立射電天文台是一個美國國家科學基金會的設施，根據合作協議由聯合大學公司運行。