天文学家首次精确定位一次快速射电暴的位置

快速射电暴是宇宙中最神秘的现象之一。直到2007年才首次被发现，它们是持续仅 fraction of a second 的强大射电波爆发。绝大多数信号只出现一次，然后就再也不会发生——这使得追踪和研究它们尤其困难。科学家们知道，产生快速射电暴的必定是一个能量极高的事件，但由于不知道这些爆发的来源，这些明亮闪光的真正产生机制仍然未知。

2017年，研究人员追踪到了一次爆发，称为FRB 121102，其源头位于一个微小但活跃的星系。但那是一个更罕见的重复性快速射电暴，这给了科学家多次尝试定位它的机会。

现在，使用澳大利亚的平方公里阵列先导望远镜（ASKAP）射电天文台的天文学家们已经成功地锁定了非重复性爆发FRB 180924的位置。找到它是一个更艰巨的挑战。他们发现，这次快速射电暴来自一个安静的星系，这与重复性爆发的来源完全不同，这使得这一发现既令人兴奋又出人意料。这项由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的Keith Bannister领导的研究于周四发表在《科学》杂志上。

即时回放

十多年来，快速射电暴以其极其明亮和神秘的特性吸引着天文学家。“如果把其中一个放在太阳的位置，你可以在海王星上爆米花，”Bannister说。“它们非常明亮。”

尽管每天大约有1000次快速射电暴，但天文学家无法同时观测整个天空。大多数快速射电暴只闪烁几毫秒然后就消失了，所以捕捉到一次全凭运气和耐心。

ASKAP阵列一直是这次快速射电暴搜寻的前沿。该天文台由36台望远镜组成，分布在近四英里的范围内，已经发现了86个已知快速射电暴中的近三分之一。大部分时间，这36台望远镜会分散其视线，观测广阔的天空。但对于这次最新的发现，望远镜恰好指向大致相同的方向，观测区域只占天空的百分之一的十分之一。

如此小的观测范围使得捕捉到快速射电暴的可能性降低。但这也意味着，当信号到达时，网络有36台不同的望远镜在观测它。该系统设置为在半秒内自动识别快速射电暴，此时所有接收器都会冻结并发送过去三秒的观测数据，研究人员随后可以像裁判检查36个独立的即时回放设备一样对这些数据进行仔细分析。

无线电波到达每台望远镜的距离略有不同，因此它们以不同的时间和角度击中每个接收器。这使得天文学家能够通过三角测量法确定快速射电暴的起源。

随后，研究人员利用世界上一些最大的光学望远镜的数据——夏威夷的Keck望远镜以及智利的Gemini South望远镜和欧洲南方天文台的甚大望远镜——来成像该区域，并进一步了解快速射电暴的家园。

天文学家发现，这次快速射电暴来自一个古老而宁静的星系，距离地球近40亿光年，仅被指定为DES J214425.25−405400.81。这个星系的大小与银河系接近，缺乏产生恒星的燃料——气体，并且似乎已基本停止了新恒星的形成。这排除了许多可能的快速射电暴成因，因为年轻的恒星群通常是天文学家看到超新星等高能事件的地方，而这些事件可能导致快速射电暴。

更有趣的是，他们将快速射电暴追溯到星系的外围，距离其中心约13000光年。这一点很重要，因为之前认为位于大多数大星系中心的超大质量黑洞是产生快速射电暴的另一种可能方式。但在这种情况下，由于其与星系中心的大偏移，这已不可能。

过去与现在

迄今为止，唯一能追溯到源头的其他快速射电暴是一个重复性爆发，这是迄今为止发现的两个重复性爆发之一。科学家不确定重复性爆发是否由与这些单发爆发相同的事件引起，但他们拥有的两个例子——一个重复的，一个不重复的——差异巨大。

2017年，研究人员将重复性快速射电暴追溯到一个微小的矮星系，该星系比银河系小一千倍，并且正在高速形成新恒星。更重要的是，即使在这个先前的快速射电暴源安静时，其星系也会发出持续但较弱的射电信号，这与快速射电暴的位置相符。

“当我们观察时，”Bannister谈到他新发现的孤立快速射电暴时说，“没有持续的射电源。”

这两个源头唯一的共同点是它们是短暂、明亮的射电爆发，并且来自银河系之外。“要么是一个巨大的连续谱……要么它们根本就是不同类别的天体，”Bannister谈到这两个快速射电暴时说。

仍然可能产生快速射电暴的机制之一是磁星的形成，这是大质量恒星死亡后留下的致密核心，会发出强大的磁信号。它们通常发生在大质量恒星（短暂）生命周期的末期，但当两颗白矮星——两颗较小、寿命较长的恒星的残余核心——碰撞时也会形成。后一种情况在承载Bannister的快速射电暴的古老星系中更有可能发生。但这仍然只是一个理论。“没有多少有力的模型表明它必须是这个或那个，”Bannister说。

快速射电暴的未来

研究人员对快速射电暴如此感兴趣的原因之一是它们在宇宙学中的应用。宇宙存在一个“缺失物质”问题。天文学家无法解释宇宙中本应存在的全部普通物质——气体、尘埃和恒星。

这与暗物质问题（关于仅通过引力才能探测到的物质）或暗能量问题（认为某种不被理解的力量正在推动宇宙膨胀）完全无关。

相反，“缺失物质”问题恰恰在于，根据包括普朗克望远镜观测在内的宇宙学测试，宇宙应该含有比科学家通过统计所有可见恒星、尘埃和气体所能测量的更多的物质。

他们强烈怀疑这只是潜伏在星系之间、被称为星系际介质（IGM）的冷气体。由于这种气体不会发光且密度不高，因此很难追踪。但天文学家知道它存在，因为它会吸收穿过它的光。

理想的探测工具将是一个来自遥远源头的明亮闪光。天文学家可以利用它来探测源头与抵达地球之间的物质。如果研究人员能弄清楚快速射电暴的来源，它们正好提供了这样的工具。

在这种情况下，天文学家可以解释快速射电暴穿过银河系时所经过的气体，并且他们可以看到快速射电暴的宿主星系中气体很少。这使得它在途中穿越的星系际介质成为研究对象。

但这只是一个测量。要真正掌握“缺失质量”问题，还需要更多的测量，这意味着需要更好地理解快速射电暴的成因以及如何追踪它们。

现在，科学家们只能耐心等待更多这些明亮的闪光。而他们的望远镜仍在继续观测天空。