520這天，“中國(guó)天眼”連續(xù)4次捕捉到30億光年外神秘信號(hào)

文 ｜ 《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者 甘曉

在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱國(guó)家天文臺(tái)）研究員李菂研究組里，“90后”博士后牛晨輝的外號(hào)是“巨星”，當(dāng)初得名僅僅是因?yàn)樗谝粡埡险绽镲@得格外高大魁梧。

而在尋找快速射電暴（FRB）的征途上，牛晨輝正奮力朝著名副其實(shí)的“巨星”努力。

北京時(shí)間6月9日，李菂領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)在《自然》發(fā)表文章，報(bào)道了他們?cè)凇爸袊?guó)天眼”FAST（500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡）的幫助下，發(fā)現(xiàn)了迄今為止唯一一例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴，并將其命名為“FRB 20190520B”。后續(xù)多臺(tái)國(guó)際設(shè)備天地協(xié)同觀測(cè)，將它的“家鄉(xiāng)”鎖定在一個(gè)距離地球30億光年的貧金屬矮星系。牛晨輝正是該論文的第一作者。

作為世界上最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST在“多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)巡天（CRAFTS）”優(yōu)先重大項(xiàng)目支持下，開(kāi)展快速射電暴搜尋，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少6例新FRB，為揭示宇宙中這一神秘現(xiàn)象的機(jī)制、推進(jìn)天文學(xué)這一全新領(lǐng)域的研究作出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。

“中國(guó)天眼”全景（無(wú)人機(jī)照片）。新華社記者 歐東衢 攝

在中國(guó)科學(xué)院6月7日舉行的新聞發(fā)布會(huì)上，回首FAST過(guò)去20多年的建設(shè)史，國(guó)家天文臺(tái)FAST運(yùn)行和發(fā)展中心常務(wù)副主任、總工程師姜鵬倍感欣慰。他打趣說(shuō)：“當(dāng)時(shí)的艱辛一度讓人對(duì)未來(lái)產(chǎn)生迷茫。早知道FAST能有這么多收獲，我們或許會(huì)更加賣力！”

再也不見(jiàn)的“眨眼”

快速射電暴是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，2007年才被首次發(fā)現(xiàn)。其可以拆分成“快速”“射電”“暴”三個(gè)部分來(lái)理解。其中，“快速”意指爆發(fā)持續(xù)時(shí)間非常短?！叭艘徽Ｑ鄣墓し虼蠹s300毫秒，F(xiàn)RB持續(xù)的時(shí)間是1毫秒，比眨眼瞬間還要快許多。”牛晨輝介紹說(shuō)。

而“射電”意指所在的電磁波波段；“暴”意指劇烈爆發(fā)現(xiàn)象，不用1毫秒就能釋放太陽(yáng)大約一整年輻射出的能量。

從色散-紅移關(guān)系上清晰可見(jiàn)FRB 20190520B擁有最大的宿主星系電子密度。（中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)供圖）

那么問(wèn)題來(lái)了，究竟是什么東西能在比“眨眼”還短的瞬間爆發(fā)出如此高的能量？是外星人發(fā)來(lái)的信號(hào)嗎？對(duì)此，李菂的看法是，“目前科學(xué)上已知的證據(jù)并沒(méi)有支持FRB起源于外星人這樣的‘超自然’現(xiàn)象，科學(xué)家認(rèn)為FRB可能起源于中子星或矮星系”。

很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，同一個(gè)FRB往往只能被探測(cè)到一次，好比宇宙深處每一次的“暗送秋波”轉(zhuǎn)瞬即逝，再也不出現(xiàn)，自然也看不清、找不到那個(gè)“眨眼睛的人”——“再見(jiàn)，再也不見(jiàn)”。

直到2016年，一次重復(fù)的“眨眼”才被美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到，它被命名為FRB 20121102A。隨著觀測(cè)設(shè)備不斷升級(jí)，全球公布了近500例FRB，只有不到10例有活躍爆發(fā)。但即使是重復(fù)爆發(fā)的FRB也有其窗口期，一旦窗口期過(guò)去，它又躲進(jìn)茫茫黑暗中?？茖W(xué)家所期待的那些一直“眨眼”的持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴，久久沒(méi)有出現(xiàn)。

20秒4次 “一眼”萬(wàn)年

轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生在2019年5月20日的夜里，矗立在貴州平塘一隅的FAST一如既往仰望蒼穹。500米的大口徑讓它具有探測(cè)電磁波的高靈敏度，盡力傾聽(tīng)宇宙的聲音?！班?，嘀，嘀……”一個(gè)波束掃過(guò)的10秒內(nèi)，F(xiàn)AST看到了3次“眨眼”。20秒后，另外一個(gè)波束掃到相鄰位置時(shí)又探測(cè)到1次“眨眼”。

牛晨輝在龐雜的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了20秒內(nèi)的4次脈沖信號(hào)，他感到又驚又喜：又一個(gè)重復(fù)的FRB？！隨即，科研工作者的理智讓他冷靜下來(lái)，在排除脈沖星和射電干擾后，他才確定該脈沖的確來(lái)自于一個(gè)新的FRB，并按照用探測(cè)日期命名的慣例，將其命名為FRB 20190520B。

在后續(xù)觀測(cè)中，他和同事們又發(fā)現(xiàn)新的驚喜，F(xiàn)RB 20190520B不僅是重復(fù)的，還是沒(méi)有爆發(fā)窗口的持續(xù)活躍的快速射電暴。最新發(fā)表的這篇論文中，他們確認(rèn)，這是世界首例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴。

“20190520，依舊520?！逼綍r(shí)科研中相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐３枯x感到一種無(wú)法用語(yǔ)言表達(dá)的奇妙緣分?！八某掷m(xù)活躍，似乎是在那次‘一眼萬(wàn)年’的邂逅之后，和FAST演繹著一場(chǎng)永久的愛(ài)情。”

30億光年外“尋家”

科研工作沒(méi)有止步于浪漫的想象中。科研人員迅速開(kāi)展了對(duì)這一特別FRB的全方位探索。

為了精確定位它的“家鄉(xiāng)”，李菂研究團(tuán)隊(duì)發(fā)起了國(guó)際合作。團(tuán)隊(duì)通過(guò)與美國(guó)甚大陣列望遠(yuǎn)鏡、美國(guó)帕洛瑪200英寸望遠(yuǎn)鏡和凱克望遠(yuǎn)鏡、加拿大—法國(guó)—夏威夷望遠(yuǎn)鏡和日本斯巴魯近紅外光學(xué)望遠(yuǎn)鏡等合作，確定了其“宿主星系”是距離地球30億光年的貧金屬的矮星系。

李菂強(qiáng)調(diào)，“雖然全球各地的望遠(yuǎn)鏡由不同國(guó)家投資建設(shè)，但我們面對(duì)的是同一片天空，天文學(xué)是全人類的共同追求?！?/p>

同時(shí)，“色散值”這一特征數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)RB 20190520B的近源電子密度遠(yuǎn)高于其他FRB，表明在其宿主星系傳播路徑中經(jīng)過(guò)了復(fù)雜的電子密度分布。簡(jiǎn)單地說(shuō)，其宿主星系的環(huán)境十分復(fù)雜，以至于劇烈的射電暴在離開(kāi)“老家”時(shí)歷盡艱辛，此后抵達(dá)地球的旅程反而相對(duì)順利。

FRB領(lǐng)域創(chuàng)始人鄧肯·洛里默對(duì)此評(píng)價(jià)說(shuō)：“基于上述認(rèn)識(shí)，我認(rèn)為快速射電暴可能有不同的分類。隨著快速射電暴樣本的持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)，我們能夠揭開(kāi)快速射電暴神秘的面紗。”

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RB 20190520B與FRB 20121102A有著“孿生兄弟”般的相似度，包括附近都伴隨有持續(xù)射電源對(duì)應(yīng)體、都極為活躍并擁有復(fù)雜的電磁環(huán)境等?！八鼈冇锌赡艽砹丝焖偕潆姳┭莼脑缙陔A段?！迸３枯x告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

如今，發(fā)現(xiàn)FRB 20121102A的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)因?yàn)槟昃檬薅?，接力棒則交到了FAST手上。李菂期待，在“快速射電暴巡天”優(yōu)先重大項(xiàng)目支持下，F(xiàn)AST的持續(xù)觀測(cè)有望建立全新的FRB演化圖景。

當(dāng)然，接過(guò)“接力棒”的還有牛晨輝。他永遠(yuǎn)銘記已經(jīng)故去的親手建造FAST的南仁東先生的一句話：“最好的天文設(shè)備實(shí)際上是修給下一代的天文學(xué)家，修給現(xiàn)在在讀和將要入學(xué)的年輕人?！?/p>

“我就是當(dāng)年先生口中的‘年輕人’，能夠站在巨人的肩膀上，我深感幸運(yùn)?！迸３枯x表示。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04755-5

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2022-06-10 第1版 要聞 原標(biāo)題為《FAST與“520”一眼萬(wàn)年的邂逅》)

編輯 | 趙路

排版 | 志海