快速射电暴，真的好神秘

　　M81是夜空中最亮的星系之一，距离地球1170万光年。最近，M81星系附近的一群恒星出现惊人的无线电波爆发，天文学家正在努力解释这一现象。供图：ASA, ESA AND THE HUBBLE HERITAGE TEAM (STSCI/AURA)
　　撰文：NADIA DRAKE
　　邻近的星系释放出明亮又短暂的无线电波，天文学界最大的谜团因此变得更加扑朔迷离。不断爆发的能量似乎来自一群古老的恒星：球状星团，而在天文学家看来，这是最不可能的地方。
　　快速射电暴通常来自几十亿光年之外，是一种异常明亮、稍纵即逝的无线电波爆发；2007年，天文学家首次探测到这种现象，但一直无法解释。根据到目前为止的观察情况，科学家推测，这种爆发源自寿命短暂的年轻天体：磁星。
　　然而，去年发现的快速射电暴却追溯到约1170万光年之外的球状星团，附近是旋涡星系M81；相关描述发表在科学预印本服务平台arXiv上。在一群古老的恒星里发现快速射电暴，就像在巨石阵里发现智能手机，这根本说不通。
　　＂我们完全没想到这里会出现快速射电暴＂，新论文的合著者、多伦多大学的天文学家Bryan Gaensler说：＂到底发生了什么？＂
　　科学家很难解释宇宙中的时代错位现象。他们得出了另一个结论：和其他很多天象一样，快速射电暴的成因可能有很多。
　　＂快速射电暴很可能是一种普遍现象，有很多种产生原因，＂康奈尔大学的天文学家Shami Chatterjee说。他也在研究快速射电暴，但没有参与此次发现。
　　＂这里正在发生什么？＂
　　2020年1月，科学家利用加拿大氢强度测绘实验（CHIME）望远镜的发现了一场爆发，并命名为FRB 20200120E。事实证明，这台望远镜是发现快速射电暴的利器：2017年，CHIME启用时，已知的快速射电暴还不到30次，现在有了这台望远镜，天文学家记录到的快速射电暴的次数已超过1000次。
　　与至少20多个已知的爆发一样，FRB 20200120E是一个＂重复器＂：是一个可以多次产生可探测无线电波爆发的空间引擎，而非爆发一次就消失。它的爆发不如几十亿光年之外，遥远的宇宙里的那些那么明亮，但在去年，科学家借助FRB 20200120E确定了快速射电暴在天空中的位置。
　　研究团队可以据此尝试确定其来源。测量数据表明，FRB 20200120E非常近，所以天文学家知道自己寻找的东西在不远处，甚至可能就在银河系充满气体、物质稀疏的光晕里。之后，科学家利用射电望远镜网络：欧洲甚长基线干涉网，来确定爆发的确切位置。
　　＂最终我们发现，FRB 20200120E与M81星系中的球状星团有关，从而证实它的距离比其他已知银河系外快速射电暴近40倍。＂
　　＂解释快速射电暴是一件非常有趣的事情，＂Chatterjee说：＂已有的模型都不太适合。＂
　　球状星团是可观测宇宙中最古老的天体之一。它们已经存在了几十亿年，至少和它们围绕运行的星系一样古老，甚至可能更古老。直到现在，科学家强烈怀疑快速射电暴是由迄今为止观测到的最年轻的致密天体产生的，即磁星，或者磁性极强的发光的恒星尸体，即年轻的大质量恒星爆炸死亡后的产物。一旦形成，磁性极强的恒星尸体会徘徊几万年，直至磁场衰减，留下一颗平平无奇的中子星。
　　但据天文学家所知，这些闪闪发光、致密的球状星团并不包含会坍缩成磁星的狂暴恒星。
　　＂整个宇宙，这类恒星的形成比比皆是，甚至在银河系的很多地方，但球状星团里没有，＂西北大学负责研究球状星团的Claire Ye说：＂问题来了，这里正在发生什么？＂
　　磁性极强、密度极高的恒星
　　科学家用了近15年才解开快速射电暴的谜团。最初的假设包括蒸发的黑洞、发光的死亡恒星、致密天体碰撞，甚至还有外星技术。从射电暴的纳米级结构，到持续时间只有几毫秒、爆发力极强，更多线索表明，它们一定来自密度极高的致密天体。
　　因此，科学家转向了黑洞和中子星等天体，它们是大质量恒星爆炸形成超新星后的产物。之后的观察结果表明，一些爆发源自磁场极强的区域，进一步说明这些神秘信号可能来自磁星。
　　然而去年，银河系中的一颗磁星产生了类似快速射电暴的无线电波爆发。这次爆发比半个宇宙之外的强大爆发略弱一点，但科学家确信，他们的研究方向是正确的。
　　＂自从看到银河系的磁星产生类似快速射电暴的无线电波爆发后，我们更加确信快速射电暴来自磁星，＂哥伦比亚大学、弗拉迪朗研究所的Brian Metzger说：＂理论家和观测者都对磁星假说很满意。＂
　　但这并没有持续很久，随着FRB 20200120E的发现，现在天学家需要弄清楚磁星在球状星团中如何产生和存在，换言之，一群非常古老、安静的恒星如何产生如此强有力的爆发。这两个问题都很难回答。
　　合理解释
　　天文学家认为，虽然球状星团里没有磁星，但其他类型的恒星尸体应该非常多。类太阳恒星膨胀成红巨星并死亡时会形成白矮星，更大的超新星爆炸则会形成中子星，这些天体可能在球状星团生命早期就已存在。
　　当两颗中子星或两颗白矮星碰撞并融合，或者一颗有着轨道伴星的白矮星获取大量质量，坍缩成一颗新生的中子星，就会产生磁星。然而，目前为止，还没有人见过这样诞生的磁星。
　　西北大学的Ye认为，我们需要寻找磁星在这些星团中的其他形成方式，并探索其他恒星如何为快速射电暴提供能量。她还表示，收集更多有关这个特殊星团的信息，分析造成这种史诗级别爆发的其他原因，至关重要。
　　＂球状星团很特别，＂她说：＂有一些密度大，有一些密度小，不一样的星团结果不同。＂
　　Metzger还指出，在没有磁星的情况下，也有可能产生类似快速射电暴的现象，比如两颗围绕彼此旋转的中子星就会带来类似的爆发，围绕黑洞旋转的动荡的物质盘偶尔也会产生喷流和耀斑。＂我更倾向于那里有除了磁星以外的天体，＂他说。
　　Chatterjee也同意这一点，他补充说，＂可能部分快速射电暴与磁星无关，而与某种黑洞喷流现象有关。＂
　　还有一种可能性：快速射电暴的成因有很多种，就像伽马射线暴一样。20世纪60年代，一颗军事卫星发现了伽马射线暴，之后的几十年里，天文学家一直困惑不已。现在，我们知道强大的超新星和中子星碰撞都会产生能量巨大的伽马射线。
　　＂大自然发现了两种形成方法，＂Metzger说：＂我认为，快速射电暴也是这样。＂