【博科园-科学科普】2007年天文学家第一次注意到一个快速无线电波(FRB)的检测。这种高能量的电波脉冲只持续了几毫秒，似乎来自于我们的银河系之外。从那时起天文学家们已经发现了大量的证据，这些证据都是在之前记录数据中发现的，天文学家仍然在推测是什么原因造成的。
由于后来的发现和研究，天文学家现在知道frb比以前认为的要普遍得多。事实上根据哈佛-史密森天体物理中心(CfA)的一组研究人员的最新研究，在可观测的宇宙中frb可能每秒钟都发生一次。如果真是这样的话frb可能是研究宇宙起源和进化的有力工具。
这个艺术概念图展示了宇宙之网的一部分，一个横跨整个天空的星系的丝状结构。明亮的蓝色这里显示的点源是来自快速无线电爆炸(FRBs)的信号，这些信号可能在持续几分钟的无线电曝光中积累。来自FRB的无线电信号只持续了几千分之一秒，但它们应该以高速率发生。图片：M. Weiss/CfA
这项名为“在可观测的宇宙中每秒钟都发生一次快速无线电波”的研究，最近在《天体物理学杂志通讯》上发表。该研究由阿纳斯塔西亚·菲阿尔科夫(Anastasia Fialkov)领导，他是CfA理论与计算研究所(ITC)的博士后研究员和研究员。她是由国际贸易委员会主任亚伯拉罕·勒布教授和哈佛大学的科学教授弗兰克·b·贝尔德共同教授的。
正如大家所注意到的frb从一开始就一直是个谜。他们的原因不仅是未知的，而且很多关于他们的真实还没有被理解。正如Fialkov今天通过电子邮件告诉宇宙的：
frb(或快速无线电波)是一种未知性质的天体物理信号。观测到的爆发是短暂的(或毫秒)，在无线电部分的电磁频谱(在GHz频率)。到目前为止只有24次爆发，我们仍然不能确定是哪个物理过程触发它们。最合理的解释是它们是由旋转磁化中子星发射的。然而这一理论有待证实。
为了他们的研究，Fialkov和Loeb依赖于多次望远镜的观测，这些望远镜被称为FRB 121102。2012年研究人员首次在波多黎各使用阿雷西博(Arecibo)射电望远镜观测到这种FRB，此后该望远镜已经被证实来自一个位于距离Auriga星座方向30亿光年的星系。
由于发现了它所以从它的位置发现了额外的爆发，使FRB 121102成为重复FRB的唯一已知例子。这种重复的性质也使得天文学家能够比任何其他的FRB进行更详细的研究。正如Loeb教授今天通过电子邮件告诉宇宙的，这些和其他原因使它成为他们研究的理想目标:
FRB121102是唯一的一个宿主星系和距离被识别的FRB。它也是我们目前为止检测到数百个FRB的唯一重复的FRB源。其frb的无线电频谱以一个特征频率为中心，而不是覆盖一个非常宽的频带。这对这些frb的可探测性有重要的影响，因为为了找到它们，无线电天文台需要调到他们的频率。
在Auriga的星群中发现了无线电爆裂FRB 121102的天空图像。可以看到它的位置有一个绿色的圆圈。左边是超新星遗迹S147，右边是一个叫做IC 410的恒星形成区域。图片版权：Rogelio Bernal Andreo (DeepSkyColors.com)
基于已知的FRB 121102,Fialkov和Loeb进行了一系列计算，假设其行为是所有FRB的代表。然后他们预测在整个天空中会存在多少个FRB，并确定在可观测的宇宙中一个FRB可能会每秒钟发生一次。
假设frb是由某一特定类型的星系产生的。与FRB 121102相似，可以计算每个星系需要产生多少FRB来解释现有的观测值。考虑到这个数字可以推断出整个星系群的生产速率。这个计算表明在所有的模糊事件中，每一秒都有FRB发生。
虽然frb的确切性质和起源仍然未知——建议包括旋转中子星，甚至外星智慧！ Fialkov和Loeb表明它们可以用来研究宇宙的结构和演化。如果它们确实在整个宇宙中以这样的频率出现，那么更遥远的来源就可以作为探测器，天文学家们将依靠它来探测太空的深度。
例如在巨大的宇宙距离之外，有大量的中间材料使得天文学家很难研究宇宙微波背景(CMB)——宇宙大爆炸遗留下来的辐射。对这种中间物质的研究可能会导致一种新的估计，即空间有多密集——即其中有多少是由普通物质、暗物质和暗能量组成的——以及它膨胀的速度有多快。
在FRB 121102附近区域的双子座合成图像，这是迄今为止发现的唯一重复的FRB。图片：Gemini Observatory/AURA/NSF/NRC
正如勒布所指出的，frb也可以用来探索持久的宇宙问题，比如宇宙的“黑暗时代”是如何结束的：frb可以用来测量自由电子向其来源的列。这可以用来测量当今宇宙星系间的普通物质密度。此外早期宇宙时代的frb可以用来发现，当第一颗恒星发出的紫外光从大爆炸产生的原始氢原子分裂成它们的组成电子和质子的时候。
“大爆炸”发生在38万到1.5亿年之间的“黑暗时代”，其特征是氢原子与光子相互作用的“雾”。因此这一时期的辐射是我们现有仪器无法探测到的。目前科学家们仍在试图解决宇宙如何在“黑暗时代”和随后的时代之间过渡，当时宇宙充满了光明。
这一时期的“具体化”，发生在大爆炸后的1.5亿到10亿年间，是第一批恒星和类星体形成的时候。人们普遍认为宇宙中第一颗恒星的紫外光向外传播，使氢气电离(从而清除了雾)。最近的一项研究还表明，早期宇宙中存在的黑洞产生了必要的“风”，使电离辐射得以逃逸。
为了达到这个目的frb可以用来探测宇宙的早期阶段，并确定是什么导致了“雾”，并允许光线逃逸。研究非常遥远的frb可以让科学家研究在什么时候、何时以及如何发生“具体化”的过程。展望未来Fialkov和Loeb解释了未来的射电望远镜将如何发现许多frb。
计划中的平方公里阵列将是世界上最大的射电望远镜，它将于2018年开始运行。图片版权：SKA
未来的无线电天文台，如平方公里阵列将足够敏感，可以探测到在可观测宇宙边缘的第一代星系的frb。我们的研究首次给出了在婴儿宇宙中点燃的第一波无线电波的数量和特性。
然后是加拿大的氢强度测绘实验(CHIME)，在不列颠哥伦比亚省的自治州无线电天体物理观测站最近开始运行。这些仪器和其他仪器将成为检测frb的有力工具，而这些工具反过来又可以用来查看以前看不见的时间和空间的区域，并解开一些最深奥的宇宙奥秘。
下一代望远镜(比现有望远镜的灵敏度要高得多)比今天观测到的要多得多。这将允许描述FRBs的数量并确定它们的来源。理解frb的本质将是一个重大突破。一旦这些来源的性质已知，frb就可以作为宇宙的灯塔来探索宇宙。一种应用是研究电离化的历史(星系间气体被恒星电离时的宇宙相变)。
这是一个灵感的想法，利用自然的宇宙现象作为研究工具。在这方面使用frb来探测太空中最遥远的物体(以及我们所能回溯到的时间)，就像使用类星体作为导航信标一样。最后增进我们对宇宙的了解，可以让我们探索更多的宇宙。
参考：CfA, Astrophysical Journal Lette
作者：Matt Williams
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
