定位快速射电暴

艺术家绘制的概念图：距 离 地 球 大 约 3万 光 年 的 磁 星“SGR 1935+2154”

2007年，英国天文学家邓肯·洛里默（Duncan Lorimer）在澳大利亚帕克斯天文台检查数据时，意外地发现了一次来自银河系外的射电信号。在射电天文学领域，持续时间短暂的脉冲信号并不少见——脉冲星就会周期性地发射微秒级的射电信号，但是洛里默发现的信号强度远超以往，光谱也和其他射电信号不同。这种天文学现象于是被命名为“快速射电暴”（Fast Radio Burst），它也成为近十几年来天文学界的新谜团。

在认识到了这种全新的天文学现象之后，天文学家们又发现了数十次快速射电暴信号，但是它们大多发生在银河系外，发生的地点也大多不同，只有区区几次是发生在同一地点。因为距离极远，天文学家们只能大约确定发生快速射电暴现象的星系，而难以确定其具体位置。

关于这种能量极大、持续时间极短的天文学现象，人们也还不知道其发生的原理。目前最被接受的一种理论认为它是源于一种具有超高磁性的中子星，也就是磁星（Magnetar）的爆发。但长久以来人们都无法将任何一次快速射电暴与某一颗磁星联系起来。

突破性的进展发生在2020年。在一次银河系内的快速射电暴中，天文学家们终于能够通过其释放的大量X射线和伽马射线定位到同一个位置——位于狐狸座（Vulpecula）的一个天体，距离地球大约3万光年的磁星“SGR 1935+2154”。可以说，这次发现虽然没有解开快速射电暴的所有谜团，但起码在某种程度上证明了天文学家们此前关于磁星爆发引发快速射电暴的理论假说。

所谓磁星，就是一种具有极强磁场的致密天体。当一颗质量大约相当于10倍太阳质量的恒星爆发之后，就有可能形成高速旋转的中子星，这种天体的磁场强度相当于地球磁场强度的10万亿倍。整个天体内的粒子都会被这种超强的磁场所束缚，而在某种情况下忽然发生的能量爆发，就会在极短的时间内释放出大量的X射线和伽马射线，照亮整个星系。

想要观测到银河系内的快速射电暴相当困难，原因之一就在于银河系内的磁星极为稀少。目前人类在银河系和麦哲伦云（Magellanic Clouds，一个围绕银河系运转的矮星系）范围内总共只发现了大约30颗磁星。在此之前，也从未发现这些磁星发生快速射电暴。天文学家们只是在其中的5颗探测到了与其自转周期相符的微弱的射电信号，但是其强度要远远弱于快速射电暴。

直到2020年4月27日，美国国家航空航天局（NASA）专门用来观测快速射电暴的卫星——尼尔·格雷尔斯雨燕天文台（Neil Gehrels Swift Observatory）上所搭载的“爆发警报望远镜”（Burst Alert Telescope）探测到了多次X射线和伽马射线爆发，并且迅速把爆发的源头定位在了银河系内大约30颗磁星之一。而在地球低轨道上工作的费米伽马射线空间望远镜（Fermi Gamma-ray Space Telescope）同样也把爆发的源头定位在了这颗磁星上。

英国天文学家邓肯·洛里默

在地球轨道上探测到这次快速射电暴后的第二天，位于地面上的装置，加拿大氢强度测绘实验（Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment，CHIME）的干涉射电望远镜探测到了来自同一方向的快速射电暴，这次事件被标记为“FRB 200428”。随后，加州理工学院的研究人员克里斯托弗·巴克莱克（Christopher Bochenek）也通过分别设在加州和犹他州的射电望远镜“STARE2”发现了这次快速射电暴——这次事件的强度比银河系内任何一颗磁星的辐射强度都要高出1000倍以上。

这是人类首次通过天文观测证据将一次快速射电暴与某一颗具体的磁星联系在一起。整个天文学界为之兴奋，一时间出现了大量的学术论文讨论这次事件。2020年11月4日，《自然》（Nature）杂志发表了CHIME研究组的报告《由一颗银河系磁星产生的明亮的毫秒级射电爆发》（A bright millisecond-duration radio burst from a Galactic magnetar），同时也发表了另一组研究者的报告《一次与银河系磁星相关的快速射电暴》（A fast radio burst associated with a Galactic magnetar）。

虽然这次发现对于人类理解快速射电暴有巨大的推动作用，但是疑问仍然存在。比如说究竟是什么机制使得磁星忽然间释放能量，人们仍然不清楚。磁星内部束缚着巨大的能量。人们猜测，在磁星内部的一些震动，比如一种类似于地震的“星震”（Starquake），足以使它的表面发生变化，例如产生出巨大的冲击波，从而释放出大量辐射。

另一个疑问在于，是否所有的快速射电暴都是由磁星产生？快速射电暴FRB 200428的发现，说明磁星确实有能力制造出一次快速射电暴。但是相比于以往人们观测的在银河系外发生的快速射电暴，这次爆发的强度小了10倍左右。

目前可以确定的是，快速射电暴的源头必定是一个致密的物体，并且具有强磁场。但是对于快速射电暴的具体机制，人们还需要进一步的研究。天文学家需要对邻近的星系进行更细致的搜索，寻找类似的事件进行分析。

邓肯·洛里默认为，即使是在重复发生的快速射电暴现象中，也没有证据表明这是由一种旋转的天体所产生，或许这种神奇的天文学现象并不全都是由中子星或磁星产生。或许还有其他人类尚未理解的机制触发快速射电暴的发生。对快速射电暴的研究可能还有其他的用处——虽然对这种现象尚未完全理解，一些天文学家已经开始试图利用快速射电暴来分析宇宙中物质的分布状况了。

无论如何，在被发现十几年之后，人类首次将这种神奇的宇宙学现象的发生地定位在一颗具体却又遥远的天体上。而想要解释这种宇宙学现象，人类仍需要在茫茫宇宙中继续搜索。

（本文写作参考了《自然》和《今日物理学》杂志的相关报道） 科学闲话银河系天文宇宙磁星