她望遍北半球的天,终于收到这封宇宙秘信

2020-11-07 20:43:41 来源:腾讯科学WE大会

她望遍北半球的天,终于收到这封宇宙秘信

科学的重大突破,往往是从发现未知原因的新现象开始的。

而天文学中,时下最引人关注的一种尚未得到解释的新现象,叫做「快速射电暴」。

几十亿光年外的某种光源,在毫秒量级瞬间内,迸发出短暂超过整个星系的功率。

这种宇宙深处的「闪电」,几乎每分钟都会在天空中某处亮起,但由于转瞬即逝,一直没有被天文学家注意到。

直到2007年,才有人从浩如烟海的档案数据中发现第一例这种现象;又过了10年,在女科学家维多利亚·卡斯皮(Victoria Kaspi)的带领下,一架名为加拿大氢强度测绘实验(CHIME)的望远镜,凭借同时观测大面积天区的能力,开启了批量发现快速射电暴的新时代。

快速射电暴到底是什么?可能会给人类带来哪些新的宇宙线索?让我们一起回顾这一新兴领域的已知与未知。

从脉冲星到快速射电暴

脉冲星是上世纪60年代的一项重要天文学发现。脉冲星的发现不仅证实了中子星这种极端致密天体的存在,更重要的是,脉冲星有着极其精准的自转周期,这意味着,它可以担当宇宙中重要的「时钟」。

1974年,普林斯顿大学天文学家约瑟夫·泰勒与同事拉塞尔·赫尔斯利用一对儿相互绕转的毫秒脉冲星轨道周期的衰减,第一次间接证实广义相对论所预言的引力波的存在,并以此斩获1993年的诺贝尔物理学奖——也是在同年,泰勒有个叫维多利亚·卡斯皮的博士生,毕业出师。

在脉冲星被发现后的几十年中,利用脉冲星周期性信号来搜寻脉冲星,始终是脉冲星研究的主流范式。直到1999年,有人用阿雷西博望远镜的档案数据,成功找到了脉冲星的单个强脉冲,这让搜寻非周期性的瞬时强脉冲,再次进入脉冲星研究人员的视野。

2007年,美国天文学家邓肯·洛里默(Duncan Lorimer)在口径64米的澳大利亚帕克斯望远镜的档案数据中,发现了一例非常特别的单脉冲:它有着极高的瞬时强度。这起发生于2001年的强脉冲事件 ,在那瞬间成为仅次于室女座M87星系的全天第二亮射电源。

更加特别的是,这次被命名为「洛里默暴发」(Lorimer Burst)的事件,可能发生在远达34亿光年之外的地方。

2017年成立的乐队「洛里默爆发」为新专辑「色散」制作的海报

那么远,又那么亮,这已绝非银河系中业已发现的那些「脉冲星的单个强脉冲」可以解释。这是一种全新的现象,后来被定名为:「快速射电暴」

重复的快速射电暴?

快速射电暴的发现,可谓一石激起千层浪,立刻成为天文学界的研究热点。在短短的十来年中,围绕快速射电暴的成因,已有超过50种不同理论;甚至一度出现过成因理论模型数量,超过已发现的事例数量的「奇观」。

这些模型涉及到的可能成因,完全展示了人类与生俱来的想象力:致密天体相撞的「灾难性事件」类理论、外星人光帆泄露理论,以及与白洞、脉冲星星风、宇宙弦、微型黑洞、轴子星相关的众多理论脑洞 。

这里面最受关注的理论之一,要属脑洞最大的外星人光帆泄漏理论,它的出现涉及到射电暴的一个发现:重复射电暴现象。

在射电暴发现之初,很多人都想知道,射电暴究竟是一次性的暴发,还是可以多次重复的现象?2014年,第一个重复的快速射电暴被发现:一个名叫劳拉·施皮特勒(Laura Spitler)的年轻博士后,在阿雷西博望远镜的档案数据中,发现了编号为FRB 121102的事件。

2019年1月,维多利亚·卡斯皮教授率领的加拿大CHIME望远镜团队宣布发现了第二例重复的快速射电暴。

在这一条消息的报道中,英国广播公司(BBC)援引了哈佛大学天文系主任亚伯拉罕·勒布(Avi Loeb)提出的一个假说,称重复快速射电暴可能来自于先进外星文明驱动光帆时泄露的激光。

因为如果射电暴是中子星撞中子星、黑洞撞黑洞、中子星撞黑洞之类的所谓「灾难性事件」导致的,事件过后参与事件的天体灰飞烟灭,显然射电暴将不可重复;而可重复,就会意味着有一个能够长期存在的「引擎」,能够时不时重复发光过程。

在亚伯拉罕·勒布看来,这个「引擎」就是外星文明驱动的光帆。

这一说法引起了包括中国网民在内全球大众极大的兴趣和关注,一时间全世界的天文学家都被迫发声「灭火」,避免公众把一个天马行空的假说和一个初步揭示的发现合起来,理解成为「天文学家已获得地外文明存在的确凿证据」这种完全过分的结论。

这就是「未知」的魔力,这就是当下快速射电暴研究领域的精彩之处:一种诱人而难解的全新现象,引发世界上最聪明大脑们不断地头脑风暴。但快速射电暴究竟为何而来,这么多理论究竟鹿死谁手,最终还是要在积累足够多观测数据之后,让证据为自己代言。

撒大网,捉大鱼

话说回来,为了抢占快速射电暴这一新兴研究领域的制高点,各国天文学家迅速地展开了一场「军备竞赛」。

最先抢占优势的是澳大利亚的天文学家:除了最早发现快速射电暴的帕克斯望远镜,始建于1965年的钢铁巨物莫朗格洛河天文台合成望远镜在2016年将其后端设备全新升级为UTMOST 加入竞赛;澳洲大陆西部荒漠中,另一座巡天效率怪兽、澳大利亚平方公里阵列探路者(ASKAP)望远镜也在2017年开始发现新的快速射电暴事件。

北半球的天文学家也没闲着。美国的绿岸射电望远镜 、阿雷西博望远镜,俄罗斯的普希诺射电天文台,均有所斩获。

但维多利亚·卡斯皮教授领导的加拿大CHIME望远镜在2018年的启用,则将这场竞赛推向白热化:仅仅一年半时间,这架形如4个倒放的巨大瓦片的望远镜,凭借同时观测200平方度的宽广视场,已经发现的快速射电暴数量,占据了所有新发现的快速射电暴数量的三分之二,其中还包括了多个重复快速射电暴事例。维多利亚·卡斯皮教授也因此在2019年被《自然》杂志评选为「年度十大科学人物」。

加拿大CHIME望远镜

在中国,贵州「中国天眼」FAST望远镜也把快速射电暴的搜寻纳入目标,但FAST虽然以超高灵敏度见长,其相对较小的视场却并不利于大面积的搜寻:目前FAST仅贡献了一例快速射电暴新事例。

相比之下,建于新疆的小望远镜阵列「天籁计划」望远镜,采用与CHIME望远镜类似的设计,有望在调试完成后,加入快速射电暴的围猎游戏。

卡斯皮教授曾经估计,在天空中几乎每分钟都会有至少一起快速射电暴在某个随机方向上亮起。所以尽管已经有很多「长枪短炮」入局,仅发现不足120个事例的快速射电暴搜寻领域,目前仍可以说是一片蓝海、仍然大有可为。

「天籁计划」望远镜

快速射电暴研究将把我们引向何处?现在还没有人能说得清。但神秘与未知也正是它最独特的魅力。我们正目睹一个自然之谜被发现、被解开的过程,虽然无法妄测结局,但何不慢慢品味这美好的过程?

[责任编辑:田园]