中國天眼這項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，讓我們更好理解宇宙起源

對快速射電暴的研究，或許有助于我們更好地理解宇宙的起源。

3月18日，國際著名的《科學(xué)》雜志刊發(fā)了快速射電暴研究的新進(jìn)展。這是一項(xiàng)由“中國天眼”FAST與之江實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家聯(lián)手取得的最新科研成果。消息經(jīng)媒體報(bào)道后，引發(fā)了輿論廣泛關(guān)注。那么，中國天眼到底獲得了什么新發(fā)現(xiàn)，這一發(fā)現(xiàn)有什么意義？

什么是快速射電暴？

快速射電暴的字面意義非常好理解。快速，是指持續(xù)的時間極為短暫，一次快速射電暴往往只持續(xù)千分之一秒到百萬分之一秒。“射電”是天文學(xué)的專用名詞，其他學(xué)科一般稱為無線電波。地球大氣層雖有云霧和氣體分子遮擋，但對無線電波卻是透明的，所以用射電望遠(yuǎn)鏡可以接收到來自宇宙深處的無線電波。“暴”也是天文學(xué)常用的名詞，除了射電暴，還有伽馬暴，差別在于爆發(fā)的能量集中在電磁波譜的不同波段。一次快速射電暴釋放的能量，相當(dāng)于太陽在1天中釋放的能量總和。

快速射電暴是指在極短的時間內(nèi)釋放出巨大能量的天文現(xiàn)象。因其只在無線電波段有能量的集中爆發(fā)，而在人類更容易感知的光學(xué)波段，卻沒有異常現(xiàn)象，所以無法借助光學(xué)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測。

快速射電暴這種極端現(xiàn)象到底是如何產(chǎn)生的，是這些年天文界關(guān)注的前沿課題。各國的天文學(xué)家先后提出了十幾種不同的理論假說，來解釋其成因。但究竟哪一種理論更接近真實(shí)的物理過程，一方面要收集到足夠多的案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，另一方面也有賴于觀測精度的提升。也就是說，既要見多識廣，更要耳聰目明，才能搞清楚這種神秘現(xiàn)象的成因。

加拿大的CHIME望遠(yuǎn)鏡于2017年開始觀測，原本計(jì)劃的研究目標(biāo)是宇宙學(xué)，但在巡天過程中，發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個快速射電暴，從中又發(fā)現(xiàn)了一批重復(fù)爆發(fā)的快速射電暴（重復(fù)暴），被稱為快速射電暴的收割機(jī)。

一些天文學(xué)家曾以為快速射電暴是一次性發(fā)作，也被因此證明是不對的。重復(fù)暴的發(fā)現(xiàn)，為中國天眼提供了施展“才華”的舞臺。因?yàn)椋袊煅鄣淖畲髢?yōu)勢就在于靈敏度高，擁有像鷹一樣的眼睛，目力極強(qiáng)。

何以暴露“藏身之地”？

宇宙是一個天然的巨型實(shí)驗(yàn)室，人類能夠創(chuàng)造的實(shí)驗(yàn)條件，與宇宙中的極端條件完全無法比擬。因此，從某種意義上說，天文觀測是科學(xué)家在觀察宇宙中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，希望從中發(fā)現(xiàn)天文現(xiàn)象背后的原因。

此次，天文學(xué)家利用中國天眼對這些重復(fù)暴的觀測，結(jié)合美國的綠岸望遠(yuǎn)鏡、澳大利亞平方公里陣列先導(dǎo)陣（ASKAP）等其他望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果，提出了一種物理機(jī)制，可以準(zhǔn)確鎖定重復(fù)暴的“案發(fā)現(xiàn)場”。

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，重復(fù)暴形成于超新星爆發(fā)留下的遺跡中。而公元1054年，我國宋朝天文學(xué)家觀測到夜空中的某個方向突然變亮并記錄下來，成為歷史上首次記錄的超新星爆發(fā)目擊事件。我們現(xiàn)在觀測到的蟹狀星云，就是那次超新星爆發(fā)留下的遺跡。

那么，天文學(xué)家又是靠什么“偵查手段”，發(fā)現(xiàn)重復(fù)暴與超新星爆發(fā)遺跡之間的關(guān)系呢？原來，超新星爆發(fā)后，會形成一大片由致密的自由電子氣體組成的星云物質(zhì)，呈現(xiàn)出纖維狀、不均勻分布的結(jié)構(gòu)，其中會形成中子星。如果中子星由于某種原因受到擾動，就會發(fā)出一陣強(qiáng)烈輻射，這就是快速射電暴。這種強(qiáng)烈輻射要在星云中經(jīng)過復(fù)雜的散射，才能穿透進(jìn)入星際空間，以光速飛向地球。無線電波在穿過星云時，一些信號特征會發(fā)生改變，正是這些特征變化，暴露了重復(fù)暴的藏身之地。

宇宙之大，無奇不有。解決了一個問題，就會有更多的問題產(chǎn)生。接下來，天文學(xué)家要面對的問題是，重復(fù)暴是不是真的就像上面說的那樣產(chǎn)生的，還是有其他的物理機(jī)制，需要收集更多的案例進(jìn)行驗(yàn)證。

此外，由于快速射電暴持續(xù)的時間極短，產(chǎn)生的能量極大，與宇宙起源時的大爆炸過程存在某種相似性。因此，對快速射電暴的研究，或許有助于我們更好地理解宇宙的起源。

期待中國天眼能獲得更多的新發(fā)現(xiàn)，成為用科學(xué)鼓舞人類前行的一股力量。

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