59.5小時，1652次！ FAST打破快速射電暴觀測紀錄

2007年，快速射電暴（Fast Radio Burst，FRB）首次被發現時，天文學家對它一無所知，從未有任何理論預言過它的存在。這種來自宇宙深處的暴發可以在幾毫秒內閃現又消失。雖然每天都會有多個FRB從各個方向向地球奔來，但它們大多都是單獨發生，難以捕捉。

天文學家提出了各種想法來解釋FRB，從旋轉中子星的巨型磁暴發，到宇宙大爆炸遺留的宇宙弦，甚至還有正在進行星際跳躍的外星飛船。

近日，一個國際研究團隊在《自然》雜誌刊文稱，他們利用500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）探測到了一組有史以來最大的FRB數據集。根據論文，他們共探測到了1652次FRB，超過了以往所有文獻記載次數的總和。所有這些短暫而明亮的暴發都來自30億光年外一個矮星系中的一個未知FRB源。除了顯著增加目前已知的FRB總數以外，此次觀測到的FRB能量分佈範圍也非常大，同時具有一定的統計特徵，為FRB謎一般的起源提供了新的線索。

驚人發現源自首個重複FRB源

直到2016年，天文學家才發現第一個重複的FRB源，並將其命名為FRB 121102。統計表明，不斷增長的FRB記錄中，大約有20%會重複出現（即同一個位置至少出現了2次FRB）。FRB 121102則是迄今為止被研究得最透徹的FRB源，它位於一個年輕恆星正在形成的星系中。FRB 121102的行為很難預測，其行為通常被描述為具有“季節性”。在FAST之前，科學家曾用其他望遠鏡從這個源發現了約350個FRB。

上述論文第一作者、FAST首席科學家李菂表示，由於FAST前所未有的靈敏度，它能捕捉到其他望遠鏡無法觀測的低能量脈衝。當該團隊在FAST調試階段進行觀測測試時，他們發現FRB 121102正處在活躍期，時常發出明亮的脈衝。所以，他們決定每天抽出一小時對其進行觀測。結果證明，暴發比預期的密集得多。有時，大約每30秒就有一次FRB發生。從2019年8月29日到10月29日，他們用59.5小時的觀測時間共檢測到了1652次FRB。

本次發現的1652個FRB分為兩種：一種能量較高、一種能量較低。美國西弗吉尼亞大學的天文學家鄧肯·洛裏默表示，這可能是由兩種不同的物理機制導致的。

然而，目前尚不清楚這些機制是什麼。即便如此，因為這些FRB釋放出的能量如此之高，總能量達到了一顆磁陀星（一種磁場極強的中子星）可用能量的3.8%，並且這個源並沒有表現出任何較短的週期性，這表明源在旋轉或在固定的軌道上運轉。李菂認為，他的團隊已經基本排除了FRB 121102來自一個孤立緻密天體（如旋轉中子星或者一個黑洞）的可能性。

不過除此之外，也存在着不同的觀點。中國科學技術大學的理論物理學家戴子高表示，FRB 121102仍然可能是一顆磁陀星，這是一種具有極強表面磁場的特殊中子星。當磁陀星的外層在星體磁場突然變化的壓力下發生改變時，它就會發生“星震”。就像板塊運動或小行星撞擊都能引起的地球上的地震一樣。“當磁陀星時常被周圍的小行星撞擊時，它就可能發生多次星震，這也是FRB 121102可能存在的一個場景。”戴子高解釋説。

仍需更多樣本解開FRB形成之謎

“FAST非常適合對重複源進行深入分析。”洛裏默説道。雖然並非為了尋找FRB而設計，但FAST極高的靈敏度能讓它觀測到其他望遠鏡有可能錯過的天文現象。也正因如此，對於FRB研究而言，FAST最好和其他望遠鏡配合使用，比如加拿大氫強度圖譜實驗射電望遠鏡（CHIME），其具有廣闊的視野，非常善於發現從頭頂各個方向射來的FRB。

李菂表示，FAST將會繼續監測FRB 121102，同時調查其他重複源。他還透露，他的團隊正在研究一個尚未公開的源，它的行為比FRB 121102“更激進”。

洛裏默表示，儘管我們已經觀測到了很多FRB現象，但FRB理論仍然很不成熟，下一步應儘可能多地確定這些FRB源所在的星系，就像李菂團隊一樣儘可能多地對單個系統進行深度分析，或許還需要發現更多激烈重複源和激進的獨立FRB，科學家們才可能在短時間內解開FRB的形成之謎，併為研究這種高能、短期天體物理現象，打開一扇嶄新的窗口。

（王昱編譯，據《環球科學》）