快速射电暴的大胆解释

这可能是一个遥远的猜测,但来自宇宙各处的这些能量爆发,是否至少有一部分可能来自外星文明?

来自天空各处的、持续千分之一秒的无线电波闪烁每秒钟到达地球。是什么产生了它们?我们不知道。尝试弄清楚这一点令人兴奋。

这些快速射电暴 (FRB)频率相关到达时间表明,电子造成的延迟量大于银河系所能解释的,并表明它们起源于更远的地方——来自广阔的宇宙。事实上,其中一些已经被定位到与我们有宇宙距离的单个星系。大多数爆发不会重复,但它们中的每一个都与我们银河系中磁化中子星(脉冲星)探测到的重复脉冲没有太大区别。然而,由于 FRB 起源于100,000倍远的距离,FRB源的固有无线电功率比典型的脉冲星大100亿倍。Dani Maoz 和我曾论证说,如果 FRB 出现在银河系中,我们用手机就可以探测到它。

天文学家倾向于将新现象与已知物体联系起来。事实上,最流行的模型将 FRB 与具有极强磁场的年轻中子星(称为磁星)联系起来,以解释它们非凡的无线电亮度。如果这些无线电发射起源于热表面,所需的温度将是 1035 度(1 后面跟 35 个零,或者一百十进制)开尔文!当然,自然界中没有那么热的表面。但是可以通过“相干发射”来产生这种极端的亮度——许多电子聚集在一起并同相辐射,而不是独立辐射。这发生在无线电天线中,当受到人工电子电流驱动时,它会大声广播。


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相干发射也发生在脉冲星中,通过一种尚未完全理解的机制。但抛开我们对脉冲星机制的无知,Julian Munoz、Ravi Vikram 和我曾提出,年轻的磁星可能会产生强大的无线电脉冲作为 FRB,然后随着年龄增长并加入已知的脉冲星种群而衰变为较弱的形式。最近,STARE2 无线电阵列银河系中的一颗磁星观测到了强大的无线电耀斑。尽管它表明磁星可以产生无线电爆发,但观测到的无线电耀斑仍然比解释最遥远和最丰富的 FRB 的不可思议的功率所需的要弱

虽然大多数 FRB 不会重复,但有少数会重复。而这两个重复的 FRB 在它们的活跃阶段显示出意想不到的周期性。据报道,FRB 121102 的活动发生在时间窗口中,与 157 天的初步周期一致。这个周期比另一个周期性来源 FRB 180916.J10158+65 所表现出的 16 天周期长约 10 倍,该周期是由加拿大CHIME 望远镜发现的。

对长达数月的周期性最自然的解释是,FRB 源围绕一个伴随天体运行,并且其无线电波束仅在其轨道的一部分时间内指向地球,就像灯塔的光束在经过您的视线时似乎会闪烁一样。保守的解释将涉及一颗围绕伴星运行的年轻中子星。然而,中子星是由质量是太阳八倍以上的恒星坍塌形成的。巨大的母星在超新星爆炸中损失了大部分质量,从而诞生了中子星。如果母星有一个类似太阳的伴星,那么该伴星会在爆炸后飞出系统,因为它在超新星爆炸前的轨道速度对于它保持与轻质中子星残余的引力束缚来说太大了。只有当伴星质量非常大时,它才能留在系统中。

然而,如果 FRB 源不是中子星,那么还有另一种有趣的可能:它的伴星可能是一颗类似太阳的恒星。围绕太阳运行的 157 天的轨道周期将模拟一颗轨道半径介于金星和水星之间的行星。如果 FRB 源在相反的方向发射一对光束,则 157 天将对应于轨道周期的一半——在这种情况下,轨道半径将与地球绕太阳的轨道半径相似。这是一个有趣的区域,与 FRB 信号起源于基于一颗类似太阳的恒星周围宜居带行星的技术文明产生的发射器一致。

大多数恒星的质量都比太阳小得多。一个例子是离我们最近的邻居比邻星,这是一颗拥有宜居行星比邻星b的矮星,轨道周期为 11 天。有趣的是,矮星周围宜居带的轨道周期与 FRB 180916.J10158+65 所表现出的 16 天周期没有太大区别。许多这样的行星都被“潮汐锁定”:一面永久地朝向恒星,另一面朝向太空。每个轨道周期一次,这颗行星会向我们展示它永久的白天——太阳能可以通过光伏电池收集的那一面。

显然,一个先进的文明不会试图跨越宇宙距离进行通信,因为等待回复需要数十亿年的时间。相反,强大的无线电波束可以用于军事目的,或者可以用来推动光帆,以接近光速的速度发射大型货物。我们曾在 2017 年与 Manasvi Lingam 探讨了后一种可能性,并得出结论,这需要利用一颗像地球这样的行星在像太阳这样的恒星周围宜居带所拦截的所有太阳能。对于我们自己的文明来说,这听起来像是一个不切实际的野心。但是,尽管我们中的许多人可能从父母那里听到过,我们可能毕竟不是宇宙中最聪明的孩子

Avi Loeb is the head of the Galileo Project, director of the Institute for Theory and Computation at the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, founding director of Harvard University’s Black Hole Initiative, and the former chair of the Harvard astronomy department (2011-2020). He is a former member of the President’s Council of Advisors on Science and Technology and a former chair of the Board on Physics and Astronomy of the National Academies. He has published more than a thousand peer-reviewed papers and is the bestselling author of Extraterrestrial and Interstellar and a co-author of the textbooks Life in the Cosmos and The First Galaxies in the Universe.

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