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CNN:天文学家探测到迄今为止最亮的神秘快速射电爆发

2025-09-03 10:05天文之最
天文学家首次以前所未有的精度,成功锁定了迄今为止探测到的最明亮快速射电暴(FRB)的起源,这一里程碑式的成就不仅展示了新型观测技术的强大能力,也为解开宇宙中最神秘的现象之一提供了关键线索,同时引出了更深层次的谜题。

这一被命名为FRB 20250316A,昵称“RBFLOAT”(史上最亮射电闪光)的宇宙信号,在2025年3月16日抵达地球。它在不到一毫秒的时间内释放的能量,相当于太阳四天辐射能量的总和。借助加拿大氢强度测绘实验(CHIME)望远镜及其新启用的“支架”(Outriggers)阵列,一个国际研究团队成功将这次爆发追溯至距离地球约1.3亿光年的旋涡星系NGC 4141。

这一发现的突破性在于其惊人的定位精度。CHIME及其“支架”望远镜阵列通过三角测量法,将信号源锁定在直径约45光年的区域内,这比一个典型的恒星团还要小。该研究的主要作者、麦吉尔大学特罗蒂埃空间研究所的博士后研究员阿曼达·库克(Amanda Cook)形象地比喻道,这种精度相当于从100公里外识别出一枚25美分硬币。

如此精确的“宇宙地址”立即使后续的深度观测成为可能。团队迅速调动了詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),将其强大的红外探测器对准目标区域。这两项相互关联的研究成果已同步发表在《天体物理学杂志快报》上,共同描绘了一幅关于快速射电暴起源的复杂而引人入胜的图景。

新技术开启“犯罪现场调查”新时代

快速射电暴自2007年首次被发现以来,其起源一直是天体物理学界的重大谜题。这些来自宇宙深处的强烈无线电波脉冲持续时间极短,却蕴含巨大能量,其成因众说纷纭。在过去,确定它们的精确位置极其困难,这极大限制了科学家对其宿主环境的研究。

CHIME射电望远镜的出现改变了这一局面,它在过去几年里发现了数千个快速射电暴。而今年初投入使用的“支架”阵列——分别位于不列颠哥伦比亚省、西弗吉尼亚州和加利福尼亚州的三个小型望远镜——则将CHIME的定位能力提升到了一个全新的水平。西北大学物理与天文学副教授、研究合著者方文汇(Wen-fai Fong)称这项技术是“游戏规则的改变者”。

“在拥有‘支架’阵列之前,探测到一次快速射电暴就像接到一个神秘电话,你不知道对方来自哪个城市或哪个州,”该研究的共同作者、加州大学圣克鲁斯分校科学部主任布莱恩·甘斯勒(Bryan Gaensler)解释说。“现在,我们不仅知道了他们的确切地址,甚至能确定他们打电话时站在房子的哪个房间。”

正是这种能力,使得对“RBFLOAT”的“犯罪现场调查”得以展开。利用亚利桑那州的6.5米MMT望远镜和夏威夷的凯克II望远镜进行的后续光学观测显示,爆发源位于其宿主星系NGC 4141的一条旋臂上,这是一个恒星形成的活跃区域。但更关键的细节是,它位于一个恒星形成团块的边缘,而不是在其内部。这一空间上的细微差别,为推测其起源提供了至关重要的信息。

韦伯的凝视与磁星假说

长期以来,磁星(Magnetar)——一种拥有极强磁场、高速旋转的中子星——被认为是快速射电暴最有可能的来源。中子星是大质量恒星在其生命末期发生超新星爆炸后留下的超致密核心,而磁星则是其中最极端的一类。理论上,磁星磁场的剧烈重联或“星震”可以释放出足以产生快速射电暴的巨大能量。

年轻的磁星通常诞生于大质量恒星密集的区域,即恒星形成区。然而,“RBFLOAT”源于恒星形成团块之外的事实,对这一主流理论提出了新的挑战。西北大学物理与天文学研究生、研究合著者董宇欣(Yuxin (Vic) Dong)提出了两种可能性:“这可能意味着磁星在诞生后被‘踢’出了它的出生地,或者它是在远离团块中心的位置形成的。” 如果是前者,说明其诞生过程伴随着强大的不对称推力,这在超新星爆发中是可能发生的。

詹姆斯·韦伯太空望远镜的介入,为这场辩论增添了新的证据。由哈佛与史密森尼天体物理中心研究员彼得·布兰查德(Peter Blanchard)领导的团队,利用韦伯望远镜在“RBFLOAT”的精确位置搜寻红外对应体。他们发现了一个微弱的红外源,命名为NIR-1。

这个神秘的红外源本身并非磁星,它可能是一颗大质量恒星或一颗处于生命末期的红巨星。布兰查德推测,这两种情况都暗示着一个双星系统存在的可能:一个看不见的致密伴星(如中子星或磁星)正在从其巨大的伴星那里“偷取”物质,这一过程可能触发了射电暴的产生。另一种可能性是,韦伯探测到的红外光并非来自恒星,而是爆发本身(例如来自一颗孤立磁星的耀斑)产生的闪光被周围尘埃反射后的余晖。

“无论最终证明是哪种情况,我们的研究都极大地约束了这次爆发的起源,”布兰cha德说。“如果双星系统不是答案,那么我们的研究则指向一颗孤立的磁星是这次事件的罪魁祸首。”

重复与否:一个悬而未决的核心问题

“RBFLOAT”的另一个关键特征是,它迄今为止没有表现出重复的迹象。许多已知的快速射电暴会多次爆发,呈现出一种宇宙“心跳”的模式。但“RBFLOAT”作为有史以来最亮的爆发,在首次探测后的数百小时内,望远镜再也没有捕捉到来自同一方向的任何信号。

这是第一个被如此精确定位的非重复快速射电暴。这一事实重新点燃了关于快速射电暴分类的争论:宇宙中是否存在两种截然不同的FRB类型?一种是能够反复爆发的“重复源”,另一种则是源于某种灾难性事件(如中子星碰撞或黑洞吞噬中子星)的“一次性源”。对于重复源,灾难性事件的理论显然不适用,因为源头在一次爆发后就会被摧毁。

哈佛大学天文学助理教授利亚姆·康纳(Liam Connor)评论道,这一发现对“所有快速射电暴最终是否都会重复”这一问题提出了深刻见解。CHIME望远镜在探测到这次爆发前,已经“不知不觉”地监测这片天区长达七年,却从未记录到任何信号。这表明,“如果所有FRB都是重复源,那么有些爆发显然是极其零散且难以预测的。”

“RBFLOAT”的非重复性让一些曾被排除的理论得以“复活”。董宇欣表示:“我们可以重新打开大门,为‘RBFLOAT’及其同类探索更具爆炸性的理论。”

展望未来,CHIME及其“支架”阵列预计每年将能定位数百个快速射电暴,建立一个庞大的数据库。通过系统性地研究这些爆发的宿主环境、能量分布以及重复特性,科学家们希望能最终揭示它们的统一成因,或者确定它们是否真的存在多个不同的起源。研究团队将继续密切监视“RBFLOAT”的方向,期待它再次苏醒,或者发现更多与它相似的“一次性”宇宙闪光。

“无论如何,我们都对揭开宇宙为我们准备的奥秘感到非常兴奋。” 库克总结道。这场由史上最亮射电闪光引发的探索,才刚刚开始。

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