小天最近聽說，有天文學(xué)家首次觀測到了具有穩(wěn)定周期的快速射電暴（FRB），這也是唯一已知的此類快速射電暴，以16天為周期循環(huán)出現(xiàn)，對該快速射電暴的發(fā)現(xiàn)和解釋一旦確認(rèn)，或?qū)?huì)帶來革命性影響。聽起來這么厲害，自然要來解讀一番，聽聽國家天文臺(tái)陳學(xué)雷研究員怎么說～

　　Q：什么是快速射電暴？最早是什么時(shí)候發(fā)現(xiàn)的？

　　陳學(xué)雷：快速射電暴（英文簡稱FRB)是一種在天空中突然出現(xiàn)的射電爆發(fā)，短時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到相當(dāng)高的亮度，但一般持續(xù)時(shí)間只有毫秒量級。

　　這種現(xiàn)象最初是美國天文學(xué)家洛里默（Lorimer）在分析澳大利亞帕克斯（Parkes）望遠(yuǎn)鏡于2001年進(jìn)行觀測記錄的數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。洛里默在2007年發(fā)表了這一結(jié)果，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)只有一個(gè)孤例，因此人們對于其真實(shí)性還持懷疑態(tài)度。2012年到2013年前后，人們又發(fā)現(xiàn)了多起類似事件，特別是索頓（Thorton）等人在2013年的論文中公布了4例FRB后，人們認(rèn)識(shí)到這應(yīng)該是種常見現(xiàn)象，于是開始積極搜尋FRB，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多。

圖1：由Duncan Lorimer發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)快速射電暴FRB 010724 （Lorimer et al. 2007, Science, 318, 777L）

　　Q：這次發(fā)現(xiàn)的快速射電暴有哪些特點(diǎn)？

　　陳學(xué)雷：此前人們觀測到的大部分快速射電暴是不重復(fù)的，少數(shù)雖然重復(fù)爆發(fā)，但爆發(fā)的時(shí)間是隨機(jī)的，看不出明顯的規(guī)律性。這次的FRB是最早于2018年發(fā)現(xiàn)的，經(jīng)過從2018年9月16日到2019年10月31日的持續(xù)觀測，加拿大CHIME FRB團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)其爆發(fā)中存在顯著的周期性，周期為16.35天。也就是說，每隔16.35天，就會(huì)有一段爆發(fā)比較頻繁發(fā)生的時(shí)間。

圖2：CHIME望遠(yuǎn)鏡

　　Q：它的源頭是位于約5億光年外的一個(gè)漩渦星系中，科學(xué)家是如何判斷它的位置的？

　　陳學(xué)雷：對于快速射電暴，目前在首次發(fā)現(xiàn)的時(shí)候人們往往并不能精確定位，這是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)射電暴的望遠(yuǎn)鏡往往追求大視場，相當(dāng)于廣角鏡頭，角分辨率一般不是很高，只是粗略知道其方位。這時(shí)也可以從單次觀測數(shù)據(jù)中粗略估計(jì)其距離，因?yàn)殡姴ㄔ诖┻^宇宙空間中的等離子體時(shí)會(huì)發(fā)生色散現(xiàn)象，也就是說頻率高的信號會(huì)比頻率低的信號早一點(diǎn)到達(dá)，傳播的距離越遠(yuǎn)，穿過的等離子體越多，色散就會(huì)越強(qiáng)烈。因此根據(jù)不同頻率信號到達(dá)的時(shí)間差，就可以估計(jì)出色散量，進(jìn)而估計(jì)其距離，但是這種估計(jì)往往有較大誤差，因?yàn)榈入x子體的分布并不是完全均勻的，有的地方多一些，有的地方少一些。

圖3：不同頻率電磁波受色散影響，到達(dá)探測器的時(shí)間不同 圖片來自：https://phys.org/news/2018-04-fast-radio.html

　　對于重復(fù)射電暴，人們既然知道其頻繁發(fā)生，就可以調(diào)用角分辨率更高的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行監(jiān)視，從而更精確地測定其方位。像這一個(gè)，人們對它的角測量精度就足夠高，從而能看出它在某個(gè)旋渦星系中。

　　Q：目前認(rèn)為快速射電暴的產(chǎn)生與什么有關(guān)？為什么？

　　陳學(xué)雷：目前人們還不能完全確定快速射電暴的產(chǎn)生機(jī)制，學(xué)者們已經(jīng)提出了幾十種不同的理論模型。不過，大部分理論模型與致密天體特別是中子星有關(guān)。這是因?yàn)?，快速射電暴持續(xù)時(shí)間非常短，亮度又非常高，這要求有一種能在很短時(shí)間、很小的空間尺度上釋放大量能量的機(jī)制，而且我們往往看到射電輻射而沒有看到其它波段的輻射，說明這種輻射不是通常的高溫輻射，而是一種相干激發(fā)的電磁場輻射。

　　中子星體積?。ò霃绞菐资锪考墸⒚芏雀?、快速旋轉(zhuǎn)，并往往伴有極高強(qiáng)度的磁場，如果產(chǎn)生這種強(qiáng)烈的相干輻射是不太令人意外的。當(dāng)然，目前這仍然還是一些假說，到底是不是由中子星產(chǎn)生的輻射，產(chǎn)生的具體機(jī)制，有沒有多種起源，這些問題都還需要進(jìn)一步研究。

　　Q：研究快速射電暴有哪些難點(diǎn)？此次發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定周期快速射電暴有哪些意義？

　　陳學(xué)雷：現(xiàn)在已公布的重復(fù)快速射電暴已經(jīng)有二十多個(gè)了，另外據(jù)說還有一些尚未公布。那些未重復(fù)的快速射電暴是真的完全不重復(fù)？還是其實(shí)也重復(fù)但只是因?yàn)榘l(fā)生頻率太低沒有被發(fā)現(xiàn)？目前我們還并不清楚。當(dāng)然，研究快速射電暴的一個(gè)難點(diǎn)就在于從單個(gè)事件數(shù)據(jù)里能推測出的信息太少，所以重復(fù)暴具有很大價(jià)值，一方面更精確的定位使我們了解它所處的星系和在星系中的位置，另一方面從其重復(fù)爆發(fā)的亮度、時(shí)間等分布也可以分析其爆發(fā)機(jī)制。

　　此次發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)定周期當(dāng)然很有意義。我們知道，天文學(xué)的起源其實(shí)就來自人類對周期性的認(rèn)識(shí)：日出日落、月亮的盈缺、四季的變換、行星的會(huì)合等等，因此可以說周期性是天文學(xué)家最重要的觀測線索之一。就本次而言，如何產(chǎn)生這種十幾天的周期性？人們目前有一些不同的推測：有可能快速射電暴的源是處在雙星系統(tǒng)中的中子星，那么雙星的公轉(zhuǎn)就提供了一種周期性的起源；孤立的中子星也有可能存在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的進(jìn)動(dòng)，從而導(dǎo)致周期性。這些都有待進(jìn)一步的研究驗(yàn)證，但顯然這種周期性提供了重要的線索。（蔡琳）

　　受訪專家：陳學(xué)雷，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員，主要從事暗物質(zhì)、暗能量、星系大尺度結(jié)構(gòu)等宇宙學(xué)研究。