宇宙之夜时不时会出现“砰！”的一声，释放出天文学家难以解释的能量洪流。但他们并不介意：每当他们视野中的天空出现一个充满能量的谜团时，往往会随之出现具有划时代意义的重大发现。脉冲星就是如此——快速旋转的城市大小的恒星残骸，持续发出射电波。 伽马射线暴也是如此——可观测宇宙边缘的极端爆炸，被认为是由恒星合并和巨大恒星坍塌引起的。现在，这种模式再次出现，上周宣布一个国际研究团队探测到了来自神秘来源的短暂、明亮的射电波，这些来源可能位于数十亿光年之外。该研究结果发表在7月5日的《科学》杂志上，可以通过让科学家测量星系际介质（星系之间的寒冷、弥散等离子体）的组成和动态，开启一个全新的宇宙窗口。
该团队使用澳大利亚的64米帕克斯射电望远镜收集的一年内来自大约10%天空的数据，探测到了来自银河系平面之外的四个爆发，每个爆发只发生一次，持续几千分之一秒。据英国曼彻斯特大学的博士候选人、该研究的负责人丹·桑顿表示，结果表明，这些“快速射电暴”或FRB可能每10秒左右发生一次，每天近10,000次。“如果我们有射电望远镜观察整个天空，我们认为每天会看到这么多，”桑顿说。“我们直到现在才看到更多这些，只是因为我们一直在少量时间内观察天空的小区域。”
“如果在其他天文台得到证实，帕克斯天文台发现的快速射电暴将是一项里程碑式的发现，可以与宇宙学伽马射线暴甚至脉冲星的发现相提并论，”加州理工学院的天体物理学家、未参与最近研究的施里尼瓦斯·库尔卡尼说。“然而，伟大的发现需要最充分的证据，我热切期待在其他射电波段和其他天文台证实这些事件。”
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一闪而过，随后是多年的不确定性
2007年，另一个团队在分析帕克斯望远镜的存档数据时完全偶然地发现了第一个FRB。天文学家对2001年8月24日晚发生的一个事件产生了兴趣，当时一个持续五毫秒的爆发从麦哲伦云附近看似空白的天空区域传入望远镜，麦哲伦云被认为是环绕我们银河系的矮星系。
通过更详细地检查数据，该团队的负责人、西弗吉尼亚大学的天体物理学家邓肯·洛里默在爆发的波长色散中发现了一些奇怪之处。它的短波长成分比长波长成分早到达望远镜一小部分秒，这种效应可能是由长波长光在星系和星系之间弥漫的冷等离子体云中的电子中移动得稍微慢一些引起的。爆发的短波长和长波长到达之间的延迟越长，它通过的中间电子就越多，传播的距离就越远。洛里默和他的同事对计算结果感到震惊，结果表明该爆发来自数十亿光年之外。
洛里默在额外90小时的帕克斯观测中寻找该爆发的重复，但一无所获。由于爆发的极高亮度、持续时间短且只发生一次，洛里默怀疑它可能代表一种全新的、以前未被探测到的天文射电源，天文学家可能会以某种方式将其用作铅垂线来研究星系际介质的电离含量。年复一年，他的团队寻找更多此类爆发的提案被拒绝，而单独的搜索只发现了一个暂定候选者。其他天文学家开始认为“洛里默爆发”可能只是某种由人为干扰或闪电等自然来源引起的错误地面信号。也许这一切都太好了，不真实。“这让我们夜不能寐，”洛里默回忆道。“我们想知道我们所看到的只是侥幸，还是人为的。”
桑顿的团队在帕克斯收集到的四个新的FRB消除了大部分挥之不去的疑虑。波长色散最小的爆发似乎在穿过大约55亿光年的太空后到达我们这里；色散最大的爆发似乎来自近两倍远的距离，起源于大约104亿光年之外。四个爆发中的一个也可能带有星系际介质湍流的印记，它的脉冲形状被微妙地拉长，可能是由电子散射引起的。对进一步的FRB进行同样的测量将使天文学家能够以前所未有的能力估计星系际磁场的强度。
来自未知来源
即使它们的星系外起源在很大程度上得到证实，FRB的来源仍然未知。在后续的多波长观测中，没有发现FRB前体或余辉的痕迹，并且由于当前大多数射电望远镜的角分辨率相对较低，天文学家尚未能够确定任何星系作为任何FRB来源的所在地。根据每个爆发的短暂性、亮度和遥远的起源，无论是什么产生它们，都从不超过几百公里的发射区域发出了真正巨大的射电波能量。然而，据桑顿的同事、澳大利亚墨尔本斯威本科技大学的天文学教授马修·贝利斯说，从月球表面广播的手机信号会比典型的FRB亮1,000倍。桑顿说，这种明显的微弱意味着“帕克斯全天候运行一百万年才能收集到足够的FRB，以等于一只飞蚊中的动能。”
然而，FRB的高发生率及其巨大的内在亮度在很大程度上排除了少数假设的来源。FRB太亮了，不可能是星系中心超大质量黑洞蒸发的射电波嗝声，而且它们过于频繁，很难解释为中子星对的能量合并的回声。同样，伽马射线暴每天只发生一次左右，发生的频率不足以明显与FRB相关联。荷兰奈梅亨拉德堡大学的赫诺·法尔克和德国波茨坦马克斯普朗克引力物理研究所的卢西亚诺·雷佐拉提出的一个新假设认为，FRB是垂死恒星的告别信息，这些垂死的恒星被称为“闪电星”，假定的快速旋转的“超大质量”中子星，否则它们会变成黑洞。随着闪电星失去能量并随着时间的推移而减速，它突然越过一个无法再支撑自身重量的阈值，并且当它坍塌时，会发出FRB。“当黑洞形成时，磁场将与恒星断开连接，并像橡皮筋一样断裂，”法尔克在新闻稿中解释说。“正如我们所展示的，这确实会产生观测到的巨大射电闪光。你通常会预期的所有其他信号——伽马射线、X射线——都简单地消失在黑洞的事件视界之后。”
贝利斯发现闪电星的解释难以接受；要将其与估计的FRB发生率相协调，就需要大多数中子星处于这种不太可能的超大质量状态。此外，“许多这些更奇特的场景的问题在于它们不容易证伪，”他说。“在它们被锁定在黑洞的事件视界之后，我们将无法检测到来自这些东西的其他任何东西。”
贝利斯更倾向的FRB来源是一种被称为磁星的东西，这是一种罕见的中子星，具有有史以来测量到的最强大的磁场。贝利斯指出，在所谓的2004年圣诞节事件中，天文学家在银河系的远侧观测到了一颗磁星在“巨大爆发”中爆发。在千分之一秒内，这颗磁星爆发出的能量比太阳在30万年内释放的能量略多；天文学家认为，爆发是由星震引起的，这是磁星结构的突然重组，释放出与其旋转磁场相关的积累应力。“即使将一小部分能量转换为射电波，也能提供满足FRB能量学所需的亮度，而毫秒级的时间尺度非常适合我们的持续时间，”他说。
物质的3-D地图
尽管研究人员可能会对FRB的来源争论不休，但对于神秘爆发的应用却达成了普遍共识。“如果我们能将FRB追溯到特定的星系，我们就可以独立测量到该星系的距离，”桑顿说。“将FRB的色散测量与该星系的距离进行比较，将得出地球与另一个星系之间的平均电子密度。”由于所有这些电子都来自重子——质子和中子等亚原子粒子——它们将是测量遥远星系之间甚至内部存在的看不见的普通物质的数量和分布的代理测量。“如果我们发现许多不同距离的许多不同的FRB宿主星系，”桑顿说，“我们可以开始创建星系际重子物质和磁场的3-D地图。”
要将FRB追溯到它们的星系，就需要通过帕克斯等射电望远镜实时探测它们，然后使用新墨西哥州扬斯基甚大阵列等高分辨率射电设施进行更详细的观测。贝利斯说，帕克斯的一个新的实时探测方案刚刚上线，该望远镜已经观测到了更多的FRB。
对于洛里默来说，这些新发现是一种证明。“我感到如释重负，”他说。“这已经是很久以前的事了。快速射电暴真的会推动下一代射电望远镜的需求，因为我们试图弄清楚是什么导致宇宙中每10秒钟就发生一次这样的爆炸。在一段时间内，理论会比探测到的单个爆发更多，但很快我们就会从整个天空中获得数百个这样的爆发。在天文学中，你很少会遇到全新的天体类别出现，尤其是像这些一样奇怪的天体。我们正在见证一个全新研究领域的诞生。”