超亮“快速射電暴”的巨大新目錄可能揭示了宇宙的結構

加拿大氫強度測繪實驗（Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, CHIME）射電望遠鏡在投入使用的第一年中（2018年至2019年）便發(fā)現(xiàn)了535個新的快速射電暴。

（圖解：CHIME望遠鏡，其上有一人。?圖源: Andre Renard/CHIME Collaboration）

如果肉眼可以看見無線電波，我們就會看到夜空中因快速射電暴（Fast Radio Bursts， FRBs）而定期亮起的閃光。但是我們必須反應足夠快才能看到：快速射電暴所呈現(xiàn)的脈沖持續(xù)不到一眨眼的工夫，很快就消失得無影無蹤。

美國國家航空航天局（NASA）的數(shù)據(jù)顯示快速射電暴非常高能，在短短的千分之一秒內(nèi)釋放出的能量相當于太陽在一整年內(nèi)所產(chǎn)生的。更重要的在于這種現(xiàn)象對科學界來說是一個相對較新的發(fā)現(xiàn)，在2007年才第一次探測到?？焖偕潆姳┦请y以捉摸的，對于科學家而言，能觀察到僅僅一次快速射電暴也得耗費巨多運氣。不過加拿大的一架具有開創(chuàng)性的望遠鏡正成功以比以前快得多的速度探測快速射電暴，幾乎僅憑一己之力便將人類歷史上觀測到的快速射電暴數(shù)量翻了兩番。

在美國天文學會（American Astronomical Society, ASS）第238次會議上展示的新的快速射電暴目錄，使科學家能夠提出有關宇宙結構的全局問題。

（圖解：藝術家對磁星在銀河系中發(fā)射X射線和無線電波的描繪。?圖源: 歐洲空間局（ESA））

在過去，這些短暫而強大的脈沖就像一幅巨大拼圖中的碎片們。然而現(xiàn)如今，加拿大氫強度測繪實驗（Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, CHIME）射電望遠鏡已經(jīng)收集了足夠多的碎片，研究人員可以從中看出哪些部分是相似的、哪些又是不同的，以及這些碎片是如何組合在一起的，從而更接近宇宙的全貌?？焖偕潆姳┲杂锌赡芑卮鸷暧^宇宙問題，是因為FRB有著一種叫做色散的主要特征。

“快速射電暴真正特殊之處在于色散特性，猝發(fā)信號在太空中傳播時會被彌漫在宇宙中的等離子體扭曲。”麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）卡夫里天體物理學和空間研究所的物理學家増井清在美國天文學會會議中這樣說。

“我們可以精確地測量這種扭曲的程度，這樣一來對于每一個快速射電暴，我們都能確切地知道它們通過了多少物質。這里面攜帶著射電暴從源頭到我們這里所經(jīng)歷的宇宙結構的記錄，正因如此我們認為這將成為研究宇宙的‘終極武器’。有了足夠多的數(shù)據(jù)后，我們就可以將其用來測繪宇宙中所有物質位于何處、宇宙的結構是什么以及在廣泛范圍內(nèi)是如何分布的?！?/p>

（圖解：快速射電暴的大致位置。大的彩色圓點來自快速射電暴目錄，圓點邊緣的顏色表示探測到射電暴的天文臺，圓點的顏色表示測得的離散程度?？焖偕潆姳┑碾x散程度介于176.4?pc cm-3到2596 pc cm-3之間。小白點表示來自澳大利亞望遠鏡國家設脈沖星目錄的脈沖星分布，背景中的彩色地圖顯示了YMW16模型所模擬的銀河系離散程度，離散地圖和FRBs都有相同的DM色標，顯示在色條上。?圖源: MeerTrap）

在CHIME投入運行的第一年（2018-2019年），該望遠鏡記錄了535個新的快速射電暴。増井清和其他團隊成員測量了這些快速射電暴中每一個射電暴的色散情況和分布位置。根據(jù)麻省理工學院一份詳細介紹這項新工作的聲明，他們發(fā)現(xiàn)這些快速射電暴均勻地分布在太空中，“似乎來自天空的角角落落”。

天文學家目前認為，像中子星這樣的物體——特別是一種被稱為磁星的類型——是快速射電暴的來源。源頭被確定為比其他源頭更靠近地球的快速射電暴的色散對科學家來說特別有趣，因為在儀器進行自己的觀測時，能力有限的額外地球儀器可能能夠提供關于這些源頭的新數(shù)據(jù)角度。

（圖解：中子星（neutron star），是巨大的恒星演化到末期發(fā)生超新星爆炸之后產(chǎn)生的，恒星的核心塌陷，質子和電子基本上相互融化，形成中子。?圖源: NASA/Dana Berry）

然而，増井清和他的同事們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)快速射電暴的來源坐落于遙遠的星系中。這些超亮的射電暴經(jīng)由星際氣體和等離子體向地球行進。

“快速射電暴樣本量足夠大，就能開啟無數(shù)的可能性。舉例來說，我們現(xiàn)在正處于使用快速射電暴作為宇宙學探測器的時代?！奔幽么篼溂獱柎髮W物理學博士生亞歷克斯·約瑟菲在麥吉爾大學關于這項新工作的聲明中說，“我們可以開始將注意力轉向大規(guī)模結構——成千上萬的星系團。我們可以幫助繪制宇宙暗物質的分布圖，并研究我們整個宇宙歷史中物質的演變?！?/p>

想象一下，一個緩慢放大的視角，從地球開始，然后后退以顯示整個太陽系、然后是銀河系、我們的本地星系團、室女座超星系團，等等等等，直到你到達宏觀宇宙。像CHIME這樣的新工具可能會支持下一個重大的宇宙學突破，每有一次超亮閃光便能拼湊一塊將宇宙拼圖。

BY: Doris Elin Urrutia

FY: halogen

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