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太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍
太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍
2016/6/15 23:40:37 | 浏览:1358 | 评论:0

浩瀚神秘的宇宙存在许多未知领域,也从来不缺少奇异现象。

太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍

  一对相互碰撞的星系之间的一个个星团。

太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍

  帕克斯天文台中的射电望远镜。

浩瀚神秘的宇宙存在许多未知领域,也从来不缺少奇异现象。从黑洞到系外行星,科学家们一直在不懈地探索和发现宇宙中的神秘新事物,不过这些新事物也往往让他们百思不得其解。比如,近年来发现的一种奇怪现象让科学家们感到尤其困惑,即太空中出现神秘闪光,科学家们将此现象称为“快速射电爆发”。这些明亮的射电爆发亮光只持续数毫秒,但科学家认为在这一瞬间它们所释放的能量可能是太阳的数百万倍。关于这些神秘闪光的本质、来源及影响,科学家们尚未取得共识。

自2007年起,天文学家已经发现大约20道神秘射电波脉冲,全部来自银河系深处,且在太空中随机出现。但是,天文望远镜某一时刻通常只能观测到一小片宇宙空间。根据天文学家的估算,宇宙中每天这样的闪光可能多达1万多次。但是,至今没有人知道它们究竟是什么。当然,天文学家都有自己不同的看法,甚至有些观点非常奇特,比如中子星爆发、爆炸的黑洞、崩塌的宇宙弦等,甚至还有人认为这是外星人在作怪。

太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍

  艺术构想图:宇宙弦。

太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍

  艺术构想图:宇宙弦。位于澳大利亚的帕克斯天文台。  

美国西弗吉尼亚大学天文学家邓肯-洛里梅尔所领导的研究团队是这种神秘闪光的最早发现者。洛里梅尔表示,“关于这种爆发的自然本质,现在有许多种理论。目前,还处于理论家发挥的阶段。”即使“快速射电爆发”现象最终被确认为普通的事件,它们的重要性依然不容忽视。这些射电信号就像贯穿宇宙的激光一样,会与磁场、等离子区、宇宙填充物相遇,它们会捕获关于星系际空间的信息,可以用作搜索宇宙奥秘的重要工具。加拿大多伦多大学天体物理学家彭威礼认为,“通过对它们进行精确的测量,可以让我们对宇宙的认识有革命性的转变。”不过在此之前,科学家们必须要搞清楚“快速射电爆发”现象到底是什么。幸运的是,在最近数月内,天文学家已经取得了实质性的进展。

最初最让洛里梅尔等人震惊的是这种爆发的亮度。洛里梅尔带领研究团队对位于澳大利亚的帕克斯射电望远镜的重要数据进行了深入分析,他们在努力寻找射电波脉冲,比如从高速旋转的脉冲星中寻找。这些星球密度像原子核一样,旋转速度可达每秒上千次。在高速旋转过程中,它们会震荡出一束束辐射,从而产生射电信号,看起来就像是脉冲现象。但是,洛里梅尔等人发现的信号非常怪异。洛里梅尔介绍说,“这种信号非常明亮,以至于可以穿过天文望远镜中的电子仪器。射频源能够做到这样,是非常怪异的。射频源发光持续时间大约为5毫秒,然后衰减消失。”洛里梅尔研究团队成员、斯威本科技大学天文学家马修-贝利斯回忆道,“我记得当我首次看到这种闪光的照片时,我兴奋得无法入睡。”

这种怪异的信号被命名为“洛里梅尔爆发”。几年来,“洛里梅尔爆发”仍然是天文学家眼中的异常现象,迄今没有人能够解释得清楚。一些人认为,这是仪器干扰的结果。比如,2015年发表的一篇学术论文认为,帕克斯射电望远镜配套设施中的微波炉能够产生一种类似的信号。但是,从2012年开始,天文学家已经利用其它望远镜发现了更多的爆发现象,证明这些信号确实来自太空,而且它们可能距离地球达数十亿光年。

当射电波穿越宇宙时,它们会在途中与等离子区中的电子相互作用。这种交互作用会产生延时,延时时长取决于射电信号的频率。高频射电波可能会比低频射电波更快到达。通过测量这种延时,天文学家可以计算出信号穿越的等离子区究竟有多大,从而估算出它们穿越的距离。

太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍

 “NGC 1600”星系中的巨大黑洞。

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  位于美国新墨西哥州的甚大阵。

现在,地球接收到来自其它星系的射电信号并非新鲜事,但很少有如此强大能量。比如,一种被称为“类星体”的黑洞物质可以产生极其巨大的能量,其中包括射电波。但是,这些其它星系的类星体距离我们太远,以致于它们的信号显得很微弱。贝利斯解释说,它们的能量甚至会被月球上的一个移动电话信号所掩盖。然而,“快速射电爆发”却是另类。贝利斯表示,“能够发现这种比此前所看到的任何事物都要亮百万倍,这肯定是件令人兴奋的事。”

令科学家更为兴奋的是,“快速射电爆发”可能属于一种奇怪的新物理学范畴。一种更为激进的观点认为,它们可能属于宇宙弦领域的概念。宇宙弦是一种假设性的理论,一些宇宙弦可能是超导的、带有电流的。根据这种假设,这种弦可能有时候会崩塌,以电磁辐射的形式爆发。黑洞的引力极其强大,它可以防止任何光线逃离。但是,在上世纪70年代,英国著名物理学家斯蒂芬-霍金认识到,如果一个黑洞蒸发到消失,就有可能辐射出能量。如果在早期的宇宙中有小型黑洞形成,它们现在应该正在蒸发,就有可能以射电波爆发的方式爆炸。

2016年2月,天文学家似乎取得了这方面的突破。由英国平方公里射电阵研究机构科学家伊万-基恩带领的一个科研团队对发现于2015年4月的一次奇特的射电爆发进行了深入分析。研究人员经分析发现,这次爆发来自于60亿光年外的一个古老星系。这是科学家首次发现爆发的主星系,这是一个重要的发现。贝利斯也是基恩团队成员之一,他解释说,“只要知道了主星系,就可以知道它们究竟有多远。”这样,你就可以精确地测量射电爆发的能量,从而可以缩小它们所属的范畴,最终确定它们究竟是什么。因此,必须要持续观测至少一个场景,即互相环绕的两颗中子星之间发生剧烈碰撞。如果能够观测得到,距离发现神秘射电爆发的来源就更进一步了。洛里梅尔表示,“能够取得这样的发现成果,我非常兴奋。”

但是,美国哈佛大学科学家艾多-伯格和彼德-威廉姆斯却对此观点表示怀疑。基恩的结论是建立在发现了射电爆发后不断衰减的射电信号,但艾多-伯格和彼德-威廉姆斯却认为这种余晖与爆发毫无关系。他们利用甚大阵射电望远镜重新观测了这种疑似余晖,并发现所谓的余晖根本不是真正的余晖。这是一种由星系的明暗闪烁造成的毫不想干的现象。换句话说,这是闪烁的星系恰好出现于望远镜观测范围内射电爆发区域之前,而不是“快速射电爆发”的来源。如果这种爆发并不是来自星系之中,它也许根本不是由中子星相碰撞形成的。

太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍

  蟹状星云脉冲星。

太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍

  蟹状星云脉冲星。艺术构想图:脉冲星。  

上述理论存在的另一个问题是,两颗中子星相碰撞的假设。美国普渡大学科学家马克西姆-留提科夫表示,“这些快速射电爆发出现的频率比中子星碰撞的频率要高得多。”其实,中子星碰撞的频率并没有高到可以用来解释快速射电爆发现象。此外,另一发现也让这种解释更加不可能。2016年3月,一个由多位天文学家组成的研究团队宣称取得了重大发现。他们利用位于波多黎各的阿雷西博天文台对发现于2014年一次射电爆发进行了研究并发现,这次爆发点亮了一次又一次,在16天内总共点亮了11次。彭威礼认为,“这是自首次发现爆发以来,我们获取的最重要信息,这也排除了此前许多科学家提出的绝大多数模型。”

在此次发现之前,所有的“快速射电爆发”都被认为是孤立的一次性事件。这就意味着,它们可能形成于自我毁灭的、灾难性事件,即只能发生一次的事件,比如黑洞爆炸或两颗中子星碰撞。但是,这并不能解释“快速射电爆发”有时一次又一次重复出现,且间隔很短。不管是什么产生这种射电爆发,都必须要存在下去并重新生成一次新的爆发。这样就缩小了考虑的范围。留提科夫发现,一种可能性就是这种射电爆发可能来自于年轻的脉冲星。随着时间的推移,脉冲星慢慢失去自转能量并逐渐减速,一些能量可能会形成射电波辐射爆发。科学家们现在还不清楚脉冲星究竟是如何产生这种“快速射电爆发”的,但他们已经发现有脉冲星曾经释放过较短的辐射爆发。比如,蟹状星云脉冲星就是已知最强大的脉冲星之一,它相对年轻,不到1000年历史。

脉冲星越年轻,自转得越快,能量越强。虽然蟹状星云脉冲星还没有强大到足以产生“快速射电爆发”,但是自它诞生之日起,不用多少年就可拥有这种能量。“快速射电爆发”的能量来源可能并不是中子星的自转,反倒可能是它强大的磁场在起作用,其磁场能可能比地球磁场能量高出千万亿倍。如此高磁场能的磁星可以通过类似于太阳耀斑的形成过程产生射电爆发。当磁星自转时,其最外层的磁场重新自我排列并开始不稳定,最终释放出能量、高速粒子及射电爆发。

太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍

  磁星--拥有极强磁场的中子星。

太空中的神秘闪光:射电爆发瞬间能量为太阳数百万倍

  磁星--拥有极强磁场的中子星。

  贝利斯解释说,“在宇宙中磁星很多,它们的行为各不相同,有可能可以用来解释‘快速射电爆发’现象的形成。”由于中子星相对于其它宇宙神秘现象来说并不那么奇特,因此用它们来解释可能更为合理。当然,贝利斯也承认,该研究领域存在一种偏好。许多研究“快速射电爆发”现象的天文学家也都同时在研究中子星,因此他们都倾向于自己的专长。

当然,也有一些非传统的观点。比如,一些研究人员认为,当脉冲星与小行星相撞时会发生“快速射电爆发”现象。此外,还有许多关于“快速射电爆发”的不同解释。留提科夫认为,“它有可能最终被证明是很简单的事物,也有可能是一扇通往新物理学或新天体物理学的大门。”

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