可重復的快速射電暴？猶抱琵琶半遮面？琵琶有多大？

可重復快速射電暴？是第二種FRBs嗎？宇宙的尺度可以用FRBs來丈量嗎？

FRB190520——人類已知的罕見的第二種可重復快速射電暴

上圖為一種具有極強磁場的中子星的藝術概念圖，這種中子星也叫磁陀星。其中紅色部分是它的無線電信號。磁陀星是否能產生快速射電暴（FRB）？——圖片來源Bill Saxton/ NRAO/ AUI/ NSF.

近些年來天文學中最偉大最不尋常的宇宙觀測現象之一就是——2007年首次被發(fā)現的快速無線射電暴發(fā)，即射電暴（FRBs）。當時這個現象讓科學家更多的聯想到脈沖星，因為同樣都是快速暴發(fā)發(fā)射出了劇烈的電磁波。大部分被觀測到FRBs的位置都位于銀河系之外。暴發(fā)也極其短暫、強烈。同時，天文學家還發(fā)現大部分的快速射電暴都只被觀測到僅僅暴發(fā)了一次。科學家發(fā)現了一個高度活躍、且重復暴發(fā)的FRB，而且在兩次劇烈暴發(fā)之前會產生微弱但持續(xù)的無線電暴發(fā)的現象。這僅是科學家發(fā)現的這種連續(xù)暴發(fā)的極其偶然的射電暴的第二次暴發(fā)。

首次的暴發(fā)是被我國的FAST(500m口徑球面射電望遠鏡在2019年捕獲發(fā)現的，命名為——FRB190520。

科學家使用國家科學基金會的卡爾.G.詹斯基甚大陣列（VLA）以及其他望遠鏡進一步研究FRB并精確定位其位置。發(fā)現它其實距離我很遠，位于距離太陽系大約30光年之外的一個矮星系的外沿。目前看來大部分被觀測到的FRBs都在星系之間的空間內，而不在太陽系內——也就是說可以認為他們都是起源于幾十億光年以外。

罕見的重復快速射電暴

2019年5月20日，天文學家首次觀測并記錄了FRB190520的第一次大暴發(fā)。經過隨后的觀察研究表明，這個FRB是少數已知的重復FRBs之一。同時它也是第二個被觀測到的重復FRB，并且在兩次主要的射電暴發(fā)之間會有持續(xù)的流強較弱的微弱暴發(fā)。這些現象都讓科學家對FRB的好奇心更加強烈，關于FRB的未知問題的探索也更加深入。

上圖即為快速射電暴FRB190520（中間紅色部分）。這是VLA做的無線電和光學疊加處理。圖片來源于Niu, et al./ Bill Saxton/ NRAO/ AUI/ NSF/ CFHT.

它跟第一個可重復FRB（FRB121102）類似，幾年前天文學家就已經觀測計算確定了FRB121102的位置。該項目的一個主要主持人之一，加州理工的Casey Law表示：FRB190520的這些特征使它與FRB121102極其相似——都是被VLA發(fā)現的，也都是在2016年發(fā)現的?，F在大家發(fā)現了兩個可重復的快速射電暴了，這樣就帶來更多更重要的可進一步研究的問題了。

2種FRBs？

近年來，天文學家表示，他們發(fā)現目前有兩種FRBs，一種可以重復暴發(fā)，另一種并不會。這其中的原因是什么？科學家依舊在努力尋找問題的根源，而FRB190520和FRB121102這樣的FRBs都有助于科學家進一步探究答案。正如來自西弗吉尼亞大學（WVU）的研究生Kshitij Aggarwal所提出的問題：可重復的FRB真的與不可重復的FRB確實不同嗎？中間持續(xù)的那些射電暴發(fā)呢？是不是也是一個研究方向？

研究人員提出了兩種可能性假設。一種假設，可能存在兩種不同機制同時作用，這樣就產生了兩種完全不同的FRBs。另一種假設，它們可能是同一種FRB，但是在不同的階段呈現出不同的性質。

上圖即為Casey Law，來自加州理工學院，他是關于FRB190520這篇最新論文的主要作者之一。圖片來源于GitHub

所以到底哪種假設更符合觀測結果。為了解釋這個問題，天文學家仍然需要繼續(xù)確定FRBs的起源。目前，主要的被觀測的候選恒星包括兩大類：超密中子星和極強磁場中子星（也被稱為磁陀星）。對于究竟是哪一類，天文學界依舊存在很多爭議。

快速射電暴FRB190520是新生兒嗎？

根據目前的數據，研究人員認為FRB190520可能是FRB界的一個新生兒。天文學家表示，它可能來源于一顆超新星爆發(fā)后產生中子星周圍包圍著的氣體和塵埃。隨著時間的推移，氣體和塵埃會逐漸消散。而隨著這些的消散，這些射電暴的暴發(fā)頻次也會降低。

如果這個假設是正確的，那么FRBs的相對年輕即定義為更活躍、暴發(fā)次數更多。隨著時間的流逝，FRB“年齡”的增長，暴發(fā)次數會越來越少。

FRBs距離的標定

目前的這個結論主要是基于對FRB190520的觀測記錄和主流實驗方法，該結果與色散效應相關。這是科學家常用的一種技術手段，主要是分析某種介質對遠距離物質發(fā)射的不同頻率電磁波傳播特性的影響。這種數據分析方法為科學家提供了更多的有關介質組成的信息。這種分析方法也曾用到脈沖星的距離探測中。

不過很遺憾，這個方法并不適用于FRB190520。這次的暴發(fā)信號顯示的色散量大概等價于8到9.5億光年的距離。而另一方面，如上文所述科學家利用宿主星系光譜的多普勒效應計算FRB的距離時，這個結論大概是30億光年左右。為什么差距會這么大？Aggarwal解釋說：這意味著FRB附近有大量的其他物質，這導致了科學家每次對星系間的氣體介質進行探測都會受到影響。如果其他的測量也是如此被影響，那么我們就無法將FRBs用作宇宙尺度。

FRB190520位于天空中天羯座附近。圖片來源于國家無線電天文臺（NRAO）

所以，盡管周圍介質可能會影響到FRB距離的測量，但它也提供了FRB年齡的相關線索。

對FRBs的新洞察

FRB190520的新發(fā)現為FRBs家族的拓展提供了迷人的嶄新性質，也讓科學家對此有了新的洞察。西弗吉尼亞大學（WVU）的Sarah Burke-Spolaor指出：FRB研究領域目前進展迅速，幾乎每個月都有新發(fā)現。然而，還有一些本質問題遺留著，這個項目給我們研究這些問題提供了許多極具挑戰(zhàn)參考的線索。

劃重點——天文學家認為他們觀測到了一次不尋常的罕見的可重復的無線射電暴——迄今為止的第二例，而且迄今也只重復暴發(fā)了第二次——當然在兩次大暴發(fā)之間一直都存在持續(xù)的流強微弱的射電暴發(fā)。這個結果表明，較為年輕的FRBs相比年長的FRBs可能更有活力，大暴發(fā)頻率更高。

BY:Paul Scott Andersonand

FY:正反

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