快速無(wú)線電爆發(fā)或快速射電暴（FRB）是宇宙中最神秘和最強(qiáng)大的事件之一。到目前為止，大約有80個(gè)這樣的事件（自銀河系之外的無(wú)線電波爆發(fā)）已經(jīng)被觀測(cè)到，但是它們的起因仍然未知。加州理工學(xué)院歐文斯谷射電天文臺(tái)(OVRO)的研究人員現(xiàn)在捕捉到了一個(gè)名為FRB 190523的新爆發(fā)，并與夏威夷的w·m·凱克天文臺(tái)一起，確定了它起源于79億光年之外的一個(gè)星系，這是一項(xiàng)罕見(jiàn)的壯舉。
確定這些快速無(wú)線電爆發(fā)的星系，是解開引發(fā)它們的神秘原因的關(guān)鍵一步，其研究結(jié)果2019年7月2日發(fā)表在《自然》上。在這個(gè)新發(fā)現(xiàn)之前，只有另一個(gè)被稱為FRB 121102的爆發(fā)被定位到一個(gè)主星系。FRB 121102在2014年被發(fā)現(xiàn)，然后在2017年晚些時(shí)候，被確定是一個(gè)位于30億光年之外的星系。2019年6月27日宣布了第二個(gè)快速無(wú)線電爆發(fā)，這個(gè)被稱為FRB 180924的爆發(fā)是由一個(gè)使用澳大利亞平方公里陣列探路者的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)。
FRB 121102是最容易找到的，因?yàn)樗扛魩字芫蜁?huì)爆炸一次。然而，大多數(shù)的快速無(wú)線電爆發(fā)（包括澳大利亞和OVRO的發(fā)現(xiàn)）只發(fā)射了一次，這使得尋找它們的宿主星系變得更加困難。加州理工學(xué)院天文學(xué)新助理教授維克拉姆·拉維(Vikram Ravi)表示：找到一次性frb的位置是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)樗枰慌_(tái)射電望遠(yuǎn)鏡，既能發(fā)現(xiàn)這些極短事件，又能以一英里寬的無(wú)線電天線的分辨率定位它們（拉維與位于加州內(nèi)華達(dá)山脈以東的OVRO射電望遠(yuǎn)鏡合作）。
在OVRO建造了一個(gè)由10個(gè)4.5米高的盤子組成新陣列，它們共同作用就像一個(gè)1英里寬的射電陣列，覆蓋了天空中150個(gè)滿月大小的區(qū)域。要做到這一點(diǎn)，一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)字系統(tǒng)每秒鐘攝取和處理的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于一張DVD。這種新型OVRO儀器被稱為“Deep Synoptic Array-10”，“10”指的是單個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡數(shù)量。這個(gè)陣列是由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)資助計(jì)劃中的深度天氣陣列(DSA)一部分，到2021年建成時(shí)，將最終由110個(gè)無(wú)線電碟組成。
美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)中規(guī)模創(chuàng)新項(xiàng)目(Mid-Scale Innovations program)項(xiàng)目主任理查德·巴瓦尼斯表示：DSA有望每年發(fā)現(xiàn)100多個(gè)frb。該項(xiàng)目為DSA建設(shè)提供資金，天文學(xué)家們追蹤frb已經(jīng)有十年了，終于用像DSA-10這樣的新儀器對(duì)它們進(jìn)行研究，現(xiàn)在天文學(xué)家有機(jī)會(huì)弄清楚這些奇異的爆發(fā)到底是什么。新觀測(cè)結(jié)果表明，F(xiàn)RB 190523的主星系與銀河系相似，這是一個(gè)驚喜。因?yàn)橹岸ㄎ坏腇RB 121102來(lái)自一個(gè)矮星系，它形成恒星的速度比銀河系快100多倍。
這一發(fā)現(xiàn)告訴我們，每個(gè)星系，即使是像我們銀河系這樣的普通星系，都可以產(chǎn)生FRB。這一發(fā)現(xiàn)還表明，frb的主要理論（年輕的高磁性中子星或磁星的等離子體噴發(fā)）可能需要重新考慮。FRB來(lái)自磁星的理論之所以得到發(fā)展，部分原因是早期FRB 121102來(lái)自一個(gè)活躍的恒星形成環(huán)境，年輕磁星可以在大質(zhì)量恒星的超新星中形成。但相比之下，F(xiàn)RB 190523的主星系更為圓潤(rùn)。最終，為了解開frb之謎，天文學(xué)家們希望能發(fā)現(xiàn)更多宿主星系的例子。
OVRO主任、加州理工學(xué)院天文學(xué)教授格雷格·哈利南(Gregg Hallinan)說(shuō)：有了完整的深度天氣觀測(cè)陣列，每隔幾天就能找到并定位frb，這是FRB發(fā)現(xiàn)激動(dòng)人心的時(shí)刻。frb可以用來(lái)研究宇宙中物質(zhì)的數(shù)量和分布，這將告訴我們更多關(guān)于星系形成和演化的環(huán)境。當(dāng)來(lái)自frb的無(wú)線電波朝向地球時(shí)，中間物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致某些波長(zhǎng)的傳播速度比其他波長(zhǎng)要快，波長(zhǎng)的分散就像棱鏡把光分散成彩虹一樣，色散的大小能告訴天文學(xué)家FRB源和地球之間到底有多少物質(zhì)。
博科園｜研究/來(lái)自：加州理工學(xué)院
參考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1389-7
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