編輯詞條快速射電暴(3)
快速射電暴（Fast radio burst，縮寫：FRB）是一種高能天體物理現(xiàn)象，呈現(xiàn)瞬態(tài)電波脈沖，僅維持?jǐn)?shù)毫秒的爆發(fā)。
這些毫秒閃光都在銀河系之外，有著非常明亮、未經(jīng)分析、廣泛的帶寬。每次爆發(fā)的頻率成分取決于爆發(fā)的量和不同波長(zhǎng)的延遲時(shí)間，這種延遲被描述為與頻散量相關(guān)的值?？焖偕潆姳┑纳@示：其源頭非常巨大，不能預(yù)期其在銀河系之內(nèi)，并且其傳播會(huì)穿越等離子體。
2021年2月19日，中國(guó)慧眼衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)在京宣布，慧眼衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)首個(gè)跟神秘的快速射電暴相關(guān)聯(lián)的X射線暴，確認(rèn)其來(lái)自銀河系內(nèi)的
磁星SGR J1935+2154，并在國(guó)際上首先證認(rèn)該X射線暴包含的兩個(gè)X射線脈沖是快速射電暴的高能對(duì)應(yīng)體。
快速導(dǎo)航
詞條圖冊(cè)中文名
快速射電暴
本質(zhì)
無(wú)線電波
能量
太陽(yáng)在一整天內(nèi)釋放
外文名
Fast Radio Burst
時(shí)間
幾毫秒
學(xué)科
天文學(xué)
目
錄
1
產(chǎn)生起源2
觀測(cè)成果3
理論應(yīng)用4
最新進(jìn)展5
詞條圖冊(cè)1產(chǎn)生起源
編輯遙遠(yuǎn)宇宙中突然出現(xiàn)的短暫而明亮的無(wú)線電波爆發(fā)，從近十年前首次被報(bào)告，就一直讓天文學(xué)家感到困惑。這些神秘的事件只有少數(shù)幾起得到確鑿的證認(rèn)，但是此前的觀測(cè)沒(méi)有多少細(xì)節(jié)可以揭示它們到底如何發(fā)生，甚至到底在哪里發(fā)生。
分析了近700個(gè)小時(shí)的
美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）綠堤望遠(yuǎn)鏡（GBT）存檔數(shù)據(jù)后，一組天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)迄今為止包含最多細(xì)節(jié)的快速射電暴事件。這些新分析的數(shù)據(jù)，其中同時(shí)包括線偏振和圓偏振數(shù)據(jù)，表明這一爆發(fā)發(fā)生在高度磁化的區(qū)域內(nèi)，有可能是一個(gè)近期的
超新星，或活躍的恒星形成星云。
快速射電暴是用
射電望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的來(lái)歷不明的短暫閃光，雖然持續(xù)的時(shí)間還不到一秒鐘，它所包含的能量卻比我們的太陽(yáng)幾十萬(wàn)年中發(fā)出的能量還多。迄今只有11個(gè)FRB事件獲得了確鑿的證認(rèn)，但天文學(xué)家們相信，在可觀測(cè)的宇宙中每天都會(huì)發(fā)生成千上萬(wàn)這樣的爆發(fā)。但是，要找到它們，卻需要仔細(xì)而審慎地分析當(dāng)前和存檔中的日常射電天文觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)。
在此前觀測(cè)的快速射電暴中，只探測(cè)到過(guò)圓偏振數(shù)據(jù)。造成這種情況的部分原因是望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)能力，另外還有所能存儲(chǔ)的望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)的限制。綠堤望遠(yuǎn)鏡既有探測(cè)完整的偏振圖像的能力，又有充足的觀測(cè)數(shù)據(jù)存檔。
通過(guò)研究這最近一次探測(cè)到的線偏振數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，從快速射電暴發(fā)出的無(wú)線電波顯示出
法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，這是當(dāng)無(wú)線電波通過(guò)一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)時(shí)發(fā)生的螺旋形扭曲，其形狀就好像開(kāi)啟葡萄酒瓶木塞的螺旋起子。
對(duì)信號(hào)進(jìn)一步的分析表明，它在來(lái)地球的路上經(jīng)過(guò)了兩個(gè)不同的稱為（散射）屏的電離氣體區(qū)域。通過(guò)分析兩個(gè)屏之間的相互作用，天文學(xué)家能夠確定它們的相對(duì)位置。最強(qiáng)的屏非常接近爆發(fā)的源頭，在爆發(fā)源的十萬(wàn)光年以內(nèi)，這將其置于源所處的星系內(nèi)。只有兩種東西可以在信號(hào)上留下這樣的印記：源周圍的星云，或者其星系中心的電離氣體。
此外研究人員還發(fā)現(xiàn)快速射電暴的無(wú)線電輻射具有類似恒星的閃爍現(xiàn)象。這種無(wú)線電波段的閃爍現(xiàn)象通常出現(xiàn)在
脈沖星的觀測(cè)中。
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的李毅超博士分析了快速射電暴方向上一顆脈沖星的閃爍數(shù)據(jù)，表明快速射電暴也和脈沖星一樣，其閃爍部分是由銀河系
星際介質(zhì)引起的；同時(shí)也說(shuō)明其爆發(fā)位置應(yīng)當(dāng)在30億光年以內(nèi)。
100米的綠堤望遠(yuǎn)鏡（又譯：
格林班克望遠(yuǎn)鏡）是目前世界上最大的全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡。它所處的（美國(guó)）國(guó)家射電寧?kù)o區(qū)和
西弗吉尼亞射電天文區(qū)的位置使這一具有令人難以置信的靈敏度的望遠(yuǎn)鏡可以免收不必要的
無(wú)線電干擾，從而進(jìn)行獨(dú)特的觀測(cè)。美國(guó)國(guó)立射電天文臺(tái)是一個(gè)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的設(shè)施，根據(jù)合作協(xié)議由聯(lián)合大學(xué)公司運(yùn)行。
[1]2觀測(cè)成果
編輯中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)于2015年1月2日對(duì)外發(fā)布三項(xiàng)天文觀測(cè)新成果，依次是對(duì)銀河系恒星做“人口普查”、快速射電暴、黑洞數(shù)據(jù)?！翱焖偕潆姳笔?a target="_blank" >中國(guó)國(guó)家天文臺(tái)研究人員在參與的國(guó)際合作項(xiàng)目中，發(fā)現(xiàn)了快速射電暴，猜想可能是一個(gè)近期的超新星遺跡或是活躍的恒星星云。
2020年，中國(guó)天眼發(fā)現(xiàn)來(lái)自宇宙深處的快速射電暴新源。
[2]2021年2月19日，中國(guó)慧眼衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)在京宣布，慧眼衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)首個(gè)跟神秘的快速射電暴相關(guān)聯(lián)的X射線暴，確認(rèn)其來(lái)自銀河系內(nèi)的
磁星SGR J1935+2154，并在國(guó)際上首先證認(rèn)該X射線暴包含的兩個(gè)X射線脈沖是快速射電暴的高能對(duì)應(yīng)體。這一發(fā)現(xiàn)，與國(guó)際上其它望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)一起，證明快速射電暴可以起源于磁星爆發(fā)，破解了快速射電暴的起源之謎，并為理解快速射電暴的輻射機(jī)制和磁星的爆發(fā)機(jī)制提供了至關(guān)重要的數(shù)據(jù)。
[3]3理論應(yīng)用
編輯三個(gè)FRB觀測(cè)對(duì)后牛頓參數(shù)γ差值的限制結(jié)果恰逢愛(ài)因斯坦
廣義相對(duì)論問(wèn)世100周年之際，物理學(xué)期刊《
物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）于2015年12月23日以“Editors' Suggestion”（主編推薦）形式，發(fā)表了
中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)高能時(shí)域天文團(tuán)組首席研究員
吳雪峰和助理研究員魏俊杰、
北京師范大學(xué)副教授高鶴與
美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)教授Peter Mészáros（中科院2013年度愛(ài)因斯坦講席教授）關(guān)于愛(ài)因斯坦等效原理的最新檢驗(yàn)結(jié)果（Wei, Gao, Wu &Mészáros, 2015,Phys.Rev.Lett., 115, 261101）。該項(xiàng)研究利用快速射電暴不同頻率光子到達(dá)地球的時(shí)間差，精確驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中的弱等效原理假設(shè)。
雖然目前關(guān)于快速射電暴的物理起源尚不清楚，但是它們絕大多數(shù)爆發(fā)于高銀緯處，而且它們的色散量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)銀河系星際介質(zhì)的貢獻(xiàn)，因此一般認(rèn)為它們是河外起源甚至是
宇宙學(xué)起源。另一方面，快速射電暴的光變曲線一般呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的單脈沖特征，人們很容易得到不同射電頻率光子的觀測(cè)時(shí)間延遲。吳雪峰等人由此提出河外或宇宙學(xué)起源的快速射電暴可以被用來(lái)精確檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦等效原理。該工作利用一個(gè)快速射電暴FRB 110220和兩個(gè)可能的快速射電暴與
伽瑪暴成協(xié)事件(FRB/GRB 101011A和FRB/GRB 100704A)為例，計(jì)算發(fā)現(xiàn)以不同頻率的射電光子為檢驗(yàn)粒子時(shí)，后牛頓參數(shù)γ的差值上限被限制到10量級(jí)，見(jiàn)下圖。這一結(jié)果是迄今為止的最好限制結(jié)果，比之前相關(guān)限制至少要提高了1-2個(gè)量級(jí)，并且把對(duì)愛(ài)因斯坦等效原理的檢驗(yàn)擴(kuò)展到了
射電波段，從而進(jìn)一步證明了愛(ài)因斯坦等效原理假設(shè)的正確性。
[4]4最新進(jìn)展
編輯脈沖星和快速射電暴距離研究獲進(jìn)展
天文研究中，測(cè)量天體到地球的距離通常很困難，但距離是最基本的參數(shù)。脈沖星距離是進(jìn)一步研究脈沖星起源、演化、分布以及輻射特性等所需最基本的參數(shù)。目前已發(fā)現(xiàn)的兩千多顆脈沖星中僅約有十分之一的脈沖星具有測(cè)量距離（不依賴于模型的距離)。近年來(lái)，快速射電暴是天文觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)的一類起源未知的、色散量較大的、持續(xù)時(shí)間為毫秒級(jí)的射電脈沖?？焖偕潆姳┑木嚯x對(duì)分析其起源以及與銀河系的位置關(guān)系（河內(nèi)源或河外源）非常重要。已探測(cè)到的17個(gè)快速射電暴中有紅移測(cè)量的僅為兩個(gè)。
脈沖星發(fā)現(xiàn)不久，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)使用脈沖星測(cè)量距離以及色散量（DM）可構(gòu)建銀河系的電子密度模型。應(yīng)用此模型可估測(cè)所有具有色散量測(cè)量的銀河系內(nèi)脈沖星的距離，且模型距離的精度極大依賴于已知距離測(cè)量的脈沖星數(shù)目、準(zhǔn)確度。最近的銀河系電子密度模型是NE2001模型，此模型主要描述了銀河系內(nèi)自由電子密度的分布。
近期，
中國(guó)科學(xué)院新疆天文臺(tái)博士生姚菊枚構(gòu)建了新的電子密度模型（簡(jiǎn)稱YMW16）。相對(duì)已有模型，通過(guò)近十多年觀測(cè)，YMW16具備以下有利條件：一、具有測(cè)量距離的脈沖星數(shù)目增加了一倍，且
銀河系結(jié)構(gòu)參數(shù)精度提高；二、
麥哲倫云脈沖星數(shù)目增加，對(duì)麥哲倫云結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)得到提高；三、發(fā)現(xiàn)快速射電暴，研究了
星系際介質(zhì)自由電子密度的分布。研究人員緊抓時(shí)機(jī)，提出的YMW16不僅提高了銀河系脈沖星模型距離精度，在95%的置信區(qū)間范圍內(nèi)優(yōu)于NE2001近40%，且是第一個(gè)可用于估測(cè)麥哲倫云脈沖星及快速射電暴距離的模型。姚菊玫在澳大利亞天文臺(tái)教授R. N. Manchester與導(dǎo)師
王娜的指導(dǎo)下，完成這項(xiàng)工作。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》（The Astrophysical Journal，2017, 835, 29）上。
今后，具有測(cè)量距離的脈沖星數(shù)目的增加、更準(zhǔn)確的銀河系結(jié)構(gòu)以及更多快速射電暴紅移的測(cè)量，將有助于人們進(jìn)一步檢測(cè)和提高YMW16對(duì)距離估計(jì)的精度。
[5]天文學(xué)家觀測(cè)到迄今最明亮的“快速射電暴”
美國(guó)加州理工學(xué)院天文學(xué)家維克拉姆-拉維(Vikram Ravi)和同事探測(cè)到迄今最明亮的快速射電暴(FRB)?？焖偕潆姳┦且环N持續(xù)僅幾毫秒的強(qiáng)射電束，其神秘起源仍是一個(gè)謎團(tuán)。
迄今為止天文學(xué)家僅探測(cè)到18次快速射電暴，多數(shù)僅單次爆發(fā)，不會(huì)重復(fù)爆發(fā)。此外，
天文望遠(yuǎn)鏡探測(cè)的多數(shù)快速射電暴
圖像分辨率較差，從而很難精確定位爆發(fā)位置。目前，最新觀測(cè)的明亮快速射電暴FRB 150807可使天文學(xué)家更精確地定位爆發(fā)位置。
[6]5詞條圖冊(cè)
快速射電暴參考資料：
1.
科學(xué)家首次揭示神秘“快速射電暴”起源線索
騰訊 [引用日期2015-12-04]
2.
科學(xué)家利用快速射電暴精確驗(yàn)證愛(ài)因斯坦弱等效原理
中國(guó)科學(xué)院 [引用日期2016-01-06]
3.
人類首次！中國(guó)慧眼衛(wèi)星確認(rèn)快速射電暴來(lái)自于磁星_科技湃_澎湃新聞-The Paper
澎湃新聞 [引用日期2021-02-19]
4.
脈沖星和快速射電暴距離研究獲進(jìn)展
中國(guó)天文科普網(wǎng) [引用日期2017-06-08]
5.
天文學(xué)家觀測(cè)到迄今最明亮的“快速射電暴”
中國(guó)天文科普網(wǎng) [引用日期2017-06-08]
6.
“中國(guó)天眼”再立功:捕捉罕見(jiàn)快速射電暴三連閃 - 中國(guó)天眼 - I...
IT之家 [引用日期2020-06-03]
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科學(xué)百科天文學(xué)分類 科學(xué)
