快速射电爆发之谜

快速射电爆发（Fast Radio Bursts）这种奇特的宇宙现象，正吸引越来越多天体物理学家的注意。而基于误解和其他一些奇特的原因，大众似乎也对这种宇宙现象有着强烈的好奇心，以为它与某种“外星智慧生命”有关。如今，随着探测和理论层面的进展，人类正在逐渐解开快速射电爆发之谜。

所谓“快速射电爆发”是一种来自宇宙深处，持续时间只在0.1毫秒到10毫秒之间，在无线电频段的电磁脉冲。人类在2007年才认识到快速射电爆发现象，澳大利亚的帕克斯天文台（Parkes Observatory）第一次探测到这种奇异现象。因为它持续的时间太短，很多天文学家一开始甚至怀疑它是不是真的存在，随后帕克斯天文台又观测到了20多次快速射电爆发现象，人们才开始意识到这是一种切实存在的宇宙现象。于是从2013年起，天文学家们又开始忙于构造各种各样的理论模型来解释这种现象。

虽然在真空中光速是一个常数，但在宇宙环境中，低频信号更容易受到星际间物质，例如星际尘埃的阻碍，而高频信号相对来说不容易受到阻碍，往往会先于低频信号到达。通过计算高频信号与低频信号到达地球的时间间隔，人们就可以计算出快速射电爆发与地球的距离。目前可以确定的是，这些现象都发生在银河系之外，与地球有着几十亿光年的距离。因为快速射电爆发持续的时间极短，而且似乎是在天空中随机出现，很少在同样的地点出现两次，科学家们连它发生的具体星系都很难确定，想要解释其发生的原因就更加困难。

这种乍看上去难以理解的现象因为某种莫名其妙的原因进入了大众的视野——2019年初，在中文网络世界中，快速射电爆发现象被莫名其妙地理解为“外星人”向地球发来的信号。网民们半娱乐、半认真地呼吁“不要回答”，生怕暴露了地球在宇宙中的位置。这样的反应无异于现代版本的杞人忧天，且不说快速射电爆发是一种可能随机发生在宇宙各处的自然现象，即便人类想要“回答”这样的信号也是无能为力——这种来自数十亿光年之外的无线电信号到达地球时仍然清晰，说明在爆发的源头能量惊人，释放了相当于数亿个恒星同时爆发的能量。这种级别的能量释放，远超人类的能力，甚至超出了人类的想象力。

快速射电爆发持续的时间极短，这说明它是发生在一个极小的区域之内，爆发发生的范围不会超过3000公里。科学家们相信必然是某种致密的天体触发了这种短暂的脉冲，因此在最初的一些理论模型中，爆发的原因大多是指向了一些致密天体的坍塌或合并，包括白矮星、中子星、脉冲星和黑洞等，都在各种模型的描述之中。但随后人们观测到了几次在同一地点重复发生的快速射电爆发现象，也就说明这种现象并不是一次性的事件，也就排除了一些描述天体的爆发或合并等无法重复事件的理论模型。目前看来致密的脉冲星的尺度与爆发的范围相仿，科学家们认为它最有可能是触发快速射电爆发的原因，但这种爆发所释放的能量却又数亿倍于脉冲星所能释放的能量，那么究竟是在何种环境中，通过何种机制引发了如此激烈的爆发？

目前人类只观测到了几十次的快速射电爆发，但随着观测的次数越来越多，人们逐渐意识到，这可能是宇宙中一种相当普遍的现象。天文学家估计，如果有一种极其灵敏的探测器，有可能在一天之内探测到上千次的快速射电爆发，而通过灵敏的探测器，人们也就更容易确定快速射电爆发的源头和发生环境，更有可能理解其发生的原因。

想要彻底解决快速射电爆发之谜，需要在探测和理论层面都取得进展。想要探测到更多的快速射电爆发现象，加拿大自治领射电天体物理观测台（Dominion Radio Astrophysical Observatory）可能是天文学家们的最佳选择。2007年，一些宇宙学家希望建造一个相对廉价的探测器用以探测宇宙中氢气云的分布，而后通过探测氢气云在射电频段发射的辐射来研究暗能量。这些宇宙学家也希望利用这样的探测器来监测脉冲星——脉冲星发射的脉冲信号如果频率出现了波动，说明很有可能是受到了引力波的干扰。

出于这样的目的，科学家们只花费了相对低廉的2000万加元就在加拿大自治领射电天体物理观测台建造了一个全新的探测器：加拿大氢强度测绘实验（Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment，简称CHIME）。随后人们发现，这个由四个100米长的槽状天线构成的探测器可能恰恰是探测快速射电爆发现象的最佳选择。在经过了测试阶段之后，科学家们估计这个足以扫描整个北天球的探测器有可能平均每天探测到20多次快速射电爆发现象。

在理论方面，随着人们对快速射电爆发的理解越来越深入，一些模型脱颖而出，开始被越来越多的科学家所接受。2019年的“新视野物理学奖”得主、哥伦比亚大学物理学家布赖恩·梅茨赫尔（Brian Metzger）在过去几年的时间里一直专注于研究快速射电爆发的机制。2019年2月，梅茨赫尔与合作者共同在网上提交了一篇论文的预印本，试图解释快速射电爆发的机制。作者认为一种具有极强磁性的中子星——磁星（Magnetar）向外辐射出能量极高的电子和其他带电粒子，当这些以接近光速释放的高能带电粒子与磁星之前释放的高能粒子相碰撞，就有可能形成高能冲击波向外传播——这与核弹爆发时形成的冲击波模式有相似之处。

这个理论模型所预测的数值与人们实际观测的数值相似，它同时还预测了宇宙中快速射电爆发应该具有的某些共同性质，例如其频率会逐渐降低，在射电爆发的同时还会伴随着伽玛射线和X射线等等，这些性质都可能被人类观测到，从而成为检验这个模型是否成立的标准。

随着科学的发展，人类会解决各种难题，实现各种突破，但同时也会遇到各种各样的未知问题。一个愈发新奇和难以理解的宇宙会逐渐展示在人类面前。宇宙是奇异的，同时也是可以被理解的。面对一个崭新的时代和宇宙，人们需要保持开放的心态和科学精神，而不应把一切暂时无法解释的现象归咎于“外星人”，更不应将科幻与科学等同，把科学变换为新时代的迷信。

（本文写作参考了《科学》杂志和《Quanta》杂志的报道） 脉冲星科学天文快速射电太空