撰文 / 牛晨辉 朱禹豪（中国科学院国家天文台）
近日，中国科学家借助500米口径球面射电望远镜（“中国天眼”）发现了世界首例持续活跃的重复快速射电暴FRB 20190520B。那么，什么是快速射电暴？“中国天眼”是如何捕捉到它们的？这项新发现有什么重要意义呢？
01
别眨眼 有一束快速射电暴向你“飞”来
若能化身为“中国天眼”，我们就能“听”到来自宇宙的“声音”：137亿年前，宇宙大爆炸时留下的微弱辐射信号；银河系内，脉冲星发出的周期性脉冲；还有我们今天的主角——来自银河系外的快速射电暴。
绘图 / 骆玫
快速射电暴是一种高能天体物理现象，它跟微波、红外线、紫外线等一样，都是一种电磁波，目前观测到的波长从几厘米到1米，表现出波动性。
已发现的快速射电暴比例示意图（绘图 / 骆玫）
它的爆发时间只有1/1000秒。我们经常用“一眨眼的功夫”比喻极短的时间，人类眨一下眼睛的时间大约是0.75秒，由此可见快速射电暴是转瞬即逝的。但是，在这么短的时间内，它却能释放相当于太阳一整年辐射出的能量。
这么高的能量会不会对地球产生影响呢？如果在太阳系周围出现，那后果是不堪设想的。好在目前发现的快速射电暴大部分来自遥远的银河系外，虽然爆发出的能量巨大，但到达地球之后信号已经很微弱了。不仅不会对我们的生活造成影响，而且我们需要用“中国天眼”等设备才能感知其存在。
02
“中国天眼”
我要源源不断接收“快乐”
在早期，科学家一直认为快速射电暴是“一次性”的，直到2016年才发现重复爆发的快速射电暴。但即便如此，短暂的邂逅仍不足以让我们“看清”快速射电暴的“真容”。
而中国科学家在“中国天眼”的帮助下发现的快速射电暴，是世界首例持续活跃的重复快速射电暴（简称“重复暴”）。也就是说，截至目前，只有“中国天眼”源源不断地接收了来自宇宙的“快乐”！这为科学家进一步揭开快速射电暴的起源、机制奠定了基础。
03
快速射电暴的“家乡”怎么找？
除了快速射电暴之外，宇宙中还弥漫着各种电磁波信号，我们是如何对它定位的呢？这就要提到色散现象。
生活中最常见的色散现象，是雨后太阳光照射到空中的雨滴，被折射、反射，形成彩虹。如果我们把电磁波的不同频率成分类比成不同颜色的光，那么，它们在传播路径中也会形成像彩虹一样色彩斑斓的景象。
电磁波的色散现象与其传播路径中遇到的电子总数有关。电子好比雨滴，电磁波穿过的电子数越多，被色散得越厉害，不同频率成分到达地球的时间间隔越久。通过计算不同频率成分的时间延迟，我们就能得到电磁波在传播时所经过的电子总数。通过比对测量到的电子总数与该方向银河系内的电子数量，会发现大部分快速射电暴穿过的电子数量非常大，要远远高出该方向银河系内的电子数，也就是说，大部分快速射电暴的“家乡”都在银河系外。
“中国天眼”的贡献使中国在快速射电暴研究领域站在了世界的第一梯队，中国在天文设备的投入已经初显成效，相信中国下一代年轻人一定可以在天文领域取得更多突破。我们是宇宙中的一粒沙，宇宙中存在着许多我们目前无法理解的极端天体物理现象。虽然现在我们尚未完全理解快速射电暴这种来自宇宙中的神秘电波，但随着天文技术的发展以及观测样本的增加，我们有朝一日一定可以揭开它的神秘面纱，就像屈原在《离骚》中的感慨：“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”
“中国天眼”发展历程
知识链接
世界首例持续活跃的重复快速射电暴
天文学的起源主要来自人类对周期性的认识。此前，快速射电暴研究的难点之一在于从单个事件数据里能推测出的信息太少，而如果存在重复暴的话，它的研究价值就会大很多，例如，重复让它更易被精确定位，使我们能了解其所处的星系和在星系中的位置；从它重复爆发的亮度、时间等分布，还可以分析其爆发机制。
这次发现的FRB 20190520B是世界首例持续活跃的重复暴，十分珍贵。因为其他活跃重复暴只有在爆发窗口期才能探测到信号，而在“中国天眼”的后续跟踪观测中，FRB 20190520B从未停止爆发。
后经多台国际设备天地协同观测，FRB 20190520B的“家乡”被锁定在一个距离地球30亿光年的贫金属矮星系，确认了在其附近区域拥有目前已知的最大电子密度，并发现了迄今第2个快速射电暴的持续射电源对应体。
“中国天眼”与快速射电暴
绝大多数的天文发现是由观测设备的更新以及新技术应用所推动的。“中国天眼”是世界最大、灵敏度最高的单口径射电望远镜，能发现其他射电望远镜发现不了的微弱信号。而且，它研究快速射电暴的优势并不在于样本数量，而更在于样本质量。
由于快速射电暴在全天是随机分布的，更大的视场有助于搜寻到更多的信号。为了扩大搜寻视场，“中国天眼”配备了19波束L波段接收机，仿佛明亮的眼睛，盯着不同方向，把原来的视场（望远镜所能看到的天空范围）扩大了近19倍。不仅如此，“中国天眼”还可以利用地球自转对天空进行漂移扫描。截至目前，它已经发现至少6例新快速射电暴，为揭示宇宙中这一神秘现象的机制、推进天文学这一全新领域的研究贡献着自己的力量！
本文来自《知识就是力量》杂志，原标题《来自宇宙中的神秘电波》，作者李鉴，有删改，原创作品转载请注明来源。
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