我国贵州“天眼”望远镜做出重大发现 有助揭开神秘快速射电暴的谜团

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2020-11-07 07:44

[摘要]科学家利用我国世界最大口径的射电望远镜锁定了快速射电暴的一种可能起源机制。

腾讯太空 文/乔辉

近日,国际著名《自然》杂志刊登了我国贵州500米口径的射电望远镜“FAST”(俗称“天眼”)发现的科学成果,对于揭开快速射电暴(FRB)的起源机制提供了重要线索。

文章称,科学家通过对代号为FRB 180301的快速射电暴的信号极化特征进行分析后认为,这个快速射电暴很可能起源于中子星的磁层活动,而非起源于相对论性的击波过程。

图注:我国500米口径的世界最大射电望远镜(FAST)。

什么是快速射电暴?

快速射电暴是来自宇宙中的无线电脉冲信号,脉冲持续时间仅毫秒量级,但释放的能量几乎相当于太阳近百年内发光的总和。

2007年,科学家在整理脉冲星数据档案时发现了首例快速射电暴事件,这例事件其实2001年被探测到的,因此命名为:FRB 010724(含义是2001年7月24日探测到的快速射电暴)。

图注:FRB 180916是科学家发现的首个具有周期性的重复暴,其宿主为一个旋涡星系。

由于快速射电暴持续时间非常短暂,通常很难观测和研究。近十几年来,随着设备的升级和算法的提升,科学家捕捉到越来越多的快速射电暴信号,甚至发现了多例可重复的快速射电暴,并锁定了它们的宿主星系。

快速射电暴来源于哪里?

科学家通过对快速射电暴信号的色散情况进行分析后发现,除了一例来源于银河系内之外,其余的都来自数十亿光年之遥的河外星系。例如,2011年探测到的一次,代号为FRB110523,距离地球60亿光年;2012年探测到的一次,代号为FRB121102,距离地区30亿光年;2018年探测到的一次,代号为FRB 180814,距离地球15亿光年。

图注:快射射电暴往往起源于银河系之外的遥远星系。

说到这里,不得不提一个有趣的花絮。2010年,科学家曾经探测到16次类似快速射电暴的信号,但从其色散值来看,肯定起源于地球附近,而非遥远的宇宙空间。后来,科学家发现,这些假信号竟然来源于天文台的微波炉。

新闻出来后,曾经被网友各种嘲笑,说什么花费了那么多金钱,结果发现是微波炉,其实并不是这样。科学家早就知道这个干扰信号来自于地球附近,因为信号没有色散。来自遥远宇宙空间的无线电信号会被星际介质强烈色散。科学家当时只是不知道干扰信号来自哪里而已,并没有与真正的来自星际的信号相混淆。

快速射电暴起源机制是什么?

快速射电暴的起源机制众说纷纭:从超新星爆发到中子星合并,从黑洞吞噬星体到磁星星震等等,甚至有人还认为是外星智慧生命向地球发射的无线电信号。在2019年年初的时候,曾经有媒体歪曲和夸大这种自然现象,表示外星人正向地球来袭。这当然是无稽之谈了。

图注:快速射电暴的一种可能起源机制:中子星的磁层活动。

上面我们提到,可重复的快速射电暴的发现,表明了发生快速射电暴的源头没有在事件中摧毁,这排除了像超新星爆发和中子星并合这种灾难性的爆发事件,目前,科学家更倾向于来自中子星或磁星的起源机制。因此,本次的发现,更进一步佐证了起源于中子星的猜想。

走近世界最大口径望远镜

500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope),简称FAST,位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇“大窝凼”的喀斯特洼坑中,工程为国家重大科技基础设施。

今年8月份,本文作者曾跟随参加“科学探索营”活动的科学家们一起走近FAST,作为腾讯“科学探索奖”的系列活动,探索营希望能够为不同领域的青年科学家搭建跨学科的互动交流平台。

当大家听完国家天文台副台长刘继峰和FAST台长彭勃的精彩科普讲座后,我们终于来到了举世闻名的世界最大口径射电望远镜附近,这真是一口大锅啊!参观队伍里有来自各个领域的顶尖青年科学家,在看到FAST时,大家都变得像孩子似的,非常兴奋。有人简单估算了一下,开玩笑说,如果用这么大的锅蒸米饭,全世界每人能分4碗。站在望远镜圈梁上,向内望去,还真有点恐高。

图注:FAST台址曾经是由12户人家组成的65人的小村庄。

据FAST工作人员介绍,20年前,为FAST寻找台址的科研人员来到这里时看到的是另一番景象:青山环抱着一片圆圆的洼地,山上绿树葱郁,山谷内12户农家炊烟袅袅,时而传出犬吠之声。由于大小和形状合适,这个台址最终从400多个候选洼地中胜出。

现场有人问,下雨会不会盛满水?得到的回答是,FAST所在的地下有地下暗河,相当于天然的排水沟,再大的雨水也会流走。

据悉,FAST方圆15公里内没有任何手机基站,游客也不允许使用任何电子设备。为了接待游客,做好天文科普工作,当地政府在距离望远镜大约半小时车程的地方专门修建了一个称为“天文小镇”的游客接待地点,游客可在那里购物和住宿。

游客可从天文小镇出发,搭乘专门的旅游车辆抵达FAST观景台。由于不能携带手机和数码相机,想拍照咋办?哪里有需求,哪里就有生意嘛!有专门的摄影师使用传统的胶卷相机收费拍照。

目前,FAST是世界上最大的单口径射电望远镜。此前,世界第一的宝座一直由美国的口径305米的阿雷西博望远镜占据。FAST的主动反射面是由8895根钢索和4450个反射单元组成的球冠形结构,接收面积相当于30个标准足球场。

FAST能够根据观测的需要,通过钢索的牵引,形成瞬时的300米抛物面,指向被观测的射电源,这项技术是我国的首创。预计在未来10-20年,FAST将一直保持世界领先水平。

自从2016年9月25日落成启用后,FAST已经寻找到132颗脉冲星候选体,其中93颗为新发现的脉冲星。除了寻找脉冲星,FAST在也成了快速射电暴的捕获能手,为揭开这种神秘的无线电起源机制提供了重要线索。

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