快速射电暴（fast radio burst，FRB）
目录 |
快速射电暴（fast radio burst，FRB），部分称快速射电爆发，是指遥远宇宙中突然出现的短暂而猛烈的无线电波暴发，持续时间极短，通常只有几毫秒，却能够释放出相当于太阳在一整天内释放的能量。
遥远宇宙中突然出现的短暂而明亮的无线电波爆发，从近十年前首次被报告，就一直让天文学家感到困惑。这些神秘的事件只有少数几起得到确凿的证认，但是此前的观测没有多少细节可以揭示它们到底如何发生，甚至到底在哪里发生。
分析了近700个小时的美国国家科学基金会（NSF）绿堤望远镜（GBT）存档数据后，一组天文学家已经发现了一个迄今为止包含最多细节的快速射电暴事件。这些新分析的数据，其中同时包括线偏振和圆偏振数据，表明这一爆发发生在高度磁化的区域内，有可能是一个近期的超新星，或活跃的恒星形成星云。
快速射电暴是用射电望远镜探测到的来历不明的短暂闪光，虽然持续的时间还不到一秒钟，它所包含的能量却比我们的太阳几十万年中发出的能量还多。迄今只有11个FRB事件获得了确凿的证认，但天文学家们相信，在可观测的宇宙中每天都会发生成千上万这样的爆发。但是，要找到它们，却需要仔细而审慎地分析当前和存档中的日常射电天文观测记录数据。
在此前观测的快速射电暴中，只探测到过圆偏振数据。造成这种情况的部分原因是望远镜的观测能力，另外还有所能存储的望远镜数据的限制。绿堤望远镜既有探测完整的偏振图像的能力，又有充足的观测数据存档。
通过研究这最近一次探测到的线偏振数据，研究人员发现，从快速射电暴发出的无线电波显示出法拉第旋转效应，这是当无线电波通过一个强大的磁场时发生的螺旋形扭曲，其形状就好像开启葡萄酒瓶木塞的螺旋起子。
对信号进一步的分析表明，它在来地球的路上经过了两个不同的称为（散射）屏的电离气体区域。通过分析两个屏之间的相互作用，天文学家能够确定它们的相对位置。最强的屏非常接近爆发的源头，在爆发源的十万光年以内，这将其置于源所处的星系内。只有两种东西可以在信号上留下这样的印记：源周围的星云，或者其星系中心的电离气体。
此外研究人员还发现快速射电暴的无线电辐射具有类似恒星的闪烁现象。这种无线电波段的闪烁现象通常出现在脉冲星的观测中。中国科学院国家天文台的李毅超博士分析了快速射电暴方向上一颗脉冲星的闪烁数据，表明快速射电暴也和脉冲星一样，其闪烁部分是由银河系星际介质引起的；同时也说明其爆发位置应当在30亿光年以内。
100米的绿堤望远镜（又译：格林班克望远镜）是目前世界上最大的全可动射电望远镜。它所处的（美国）国家射电宁静区和西弗吉尼亚射电天文区的位置使这一具有令人难以置信的灵敏度的望远镜可以免收不必要的无线电干扰，从而进行独特的观测。美国国立射电天文台是一个美国国家科学基金会的设施，根据合作协议由联合大学公司运行。
中国科学院国家天文台于2015年1月2日对外发布三项天文观测新成果，依次是对银河系恒星做人口普查、快速射电暴、黑洞数据。快速射电暴是中国国家天文台研究人员在参与的国际合作项目中，发现了快速射电暴，猜想可能是一个近期的超新星遗迹或是活跃的恒星星云。
恰逢爱因斯坦广义相对论问世100周年之际，物理学期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）于2015年12月23日以“Editors' Suggestion”（主编推荐）形式，发表了中国科学院紫金山天文台高能时域天文团组首席研究员吴雪峰和助理研究员魏俊杰、北京师范大学副教授高鹤与美国宾夕法尼亚州立大学教授Peter Mészáros（中科院2013年度爱因斯坦讲席教授）关于爱因斯坦等效原理的最新检验结果（Wei, Gao, Wu &Mészáros, 2015,Phys.Rev.Lett., 115, 261101）。该项研究利用快速射电暴不同频率光子到达地球的时间差，精确验证了爱因斯坦广义相对论中的弱等效原理假设。
虽然目前关于快速射电暴的物理起源尚不清楚，但是它们绝大多数爆发于高银纬处，而且它们的色散量要远远超过银河系星际介质的贡献，因此一般认为它们是河外起源甚至是宇宙学起源。另一方面，快速射电暴的光变曲线一般呈现简单的单脉冲特征，人们很容易得到不同射电频率光子的观测时间延迟。吴雪峰等人由此提出河外或宇宙学起源的快速射电暴可以被用来精确检验爱因斯坦等效原理。该工作利用一个快速射电暴FRB 110220和两个可能的快速射电暴与伽玛暴成协事件(FRB/GRB 101011A和FRB/GRB 100704A)为例，计算发现以不同频率的射电光子为检验粒子时，后牛顿参数γ的差值上限被限制到10量级，见下图。这一结果是迄今为止的最好限制结果，比之前相关限制至少要提高了1-2个量级，并且把对爱因斯坦等效原理的检验扩展到了射电波段，从而进一步证明了爱因斯坦等效原理假设的正确性。
脉冲星和快速射电暴距离研究获进展
天文研究中，测量天体到地球的距离通常很困难，但距离是最基本的参数。脉冲星距离是进一步研究脉冲星起源、演化、分布以及辐射特性等所需最基本的参数。目前已发现的两千多颗脉冲星中仅约有十分之一的脉冲星具有测量距离（不依赖于模型的距离)。近年来，快速射电暴是天文观测中发现的一类起源未知的、色散量较大的、持续时间为毫秒级的射电脉冲。快速射电暴的距离对分析其起源以及与银河系的位置关系（河内源或河外源）非常重要。已探测到的17个快速射电暴中有红移测量的仅为两个。
脉冲星发现不久，科学家发现使用脉冲星测量距离以及色散量（DM）可构建银河系的电子密度模型。应用此模型可估测所有具有色散量测量的银河系内脉冲星的距离，且模型距离的精度极大依赖于已知距离测量的脉冲星数目、准确度。最近的银河系电子密度模型是NE2001模型，此模型主要描述了银河系内自由电子密度的分布。
近期，中国科学院新疆天文台博士生姚菊枚构建了新的电子密度模型（简称YMW16）。相对已有模型，通过近十多年观测，YMW16具备以下有利条件：一、具有测量距离的脉冲星数目增加了一倍，且银河系结构参数精度提高；二、麦哲伦云脉冲星数目增加，对麦哲伦云结构认识得到提高；三、发现快速射电暴，研究了星系际介质自由电子密度的分布。研究人员紧抓时机，提出的YMW16不仅提高了银河系脉冲星模型距离精度，在95%的置信区间范围内优于NE2001近40%，且是第一个可用于估测麦哲伦云脉冲星及快速射电暴距离的模型。姚菊玫在澳大利亚天文台教授R. N. Manchester与导师王娜的指导下，完成这项工作。相关研究成果已发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal，2017, 835, 29）上。
今后，具有测量距离的脉冲星数目的增加、更准确的银河系结构以及更多快速射电暴红移的测量，将有助于人们进一步检测和提高YMW16对距离估计的精度。
天文学家观测到迄今最明亮的快速射电暴
美国加州理工学院天文学家维克拉姆-拉维(Vikram Ravi)和同事探测到迄今最明亮的快速射电暴(FRB)。快速射电暴是一种持续仅几毫秒的强射电束，其神秘起源仍是一个谜团。
迄今为止天文学家仅探测到18次快速射电暴，多数仅单次爆发，不会重复爆发。此外，天文望远镜探测的多数快速射电暴图像分辨率较差，从而很难精确定位爆发位置。目前，最新观测的明亮快速射电暴FRB 150807可使天文学家更精确地定位爆发位置。
天文学家观测到重复的快速电波爆发
2019年1月11日加拿大天文学家在侦测到的13次神秘的快速电波爆发（FRB）信号中，发现有一个远自15亿光年外某处所发射的FRB正在重复发射信号，且新发现的FRB也处于异常低的无线电频率，且不断爆发推送。