自从十多年前被发现以来，神秘的无线电波闪光一直困扰着天文学家。 这些“快速射电暴”（FRB）以惊人的频率和强度在整个天空中出现，每一个都来自遥远的星系外未知来源，并将高达数亿个太阳的功率输出压缩到仅仅几毫秒的时间内。
现在，研究人员正在接近它们的起源。
一个研究距离地球约 30 亿光年的一个特定 FRB（被称为 FRB 121102，唯一被观察到重复出现的）的团队发现，它被极强的磁场所包围。 此类极端的磁场此前仅在银河系中心超大质量黑洞附近的中子星周围被观察到。 该团队认为，这个 FRB 的神秘来源是一颗非常年轻且快速旋转、高度磁化的中子星——磁星——它可能正在绕一个巨大的黑洞运行。 这些发现发表在 1 月 11 日的《自然》杂志上 。
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“我们首次对爆发源周围的环境有了一些了解——来自 30 亿光年外的遥感！”该研究的合著者、康奈尔大学的天文学家 Shami Chatterjee 说。“我们意识到这是在一个奇异事物之上堆叠另一个奇异事物：我们需要一个前所未有的高能磁星，并且我们还想把它放在一个巨大的黑洞旁边。但我们在我们自己的星系中确实有一个类似的例子。”然而，银河系中心的磁星尚未被观察到发出 FRB，而 FRB 往往来自更远的地方。
FRB 的一个奇特特性证实了它们距离我们很远——它们的无线电波在穿过充满恒星和星系之间空间的电子云时被“色散”了，其程度与它们到达地球的旅程长度成比例。 这意味着 FRB 可以成为宇宙结构的最佳探测器 ，让研究人员不仅可以确定到任何给定 FRB 的距离，还可以确定沿其路径在星际和星系际空间中存在多少中间物质。 但是，要充分实现这一革命性的潜力，天文学家必须更好地理解 FRB 的最初来源，以及唯一已知的重复爆发器 FRB 121102 是一个典型的例子还是一个偶然事件。
为了了解更多信息，该团队使用世界上最大的两个射电望远镜，即波多黎各的阿雷西博天文台和西弗吉尼亚州的格林班克望远镜，对该重复器进行了几个月的定期监测。 FRB 121102 并非以精确的规律重复； 相反，它的爆发是间歇性的，而且到目前为止，无法精确预测。 该团队最终捕获并分析了 16 次爆发。 每次爆发的持续时间从 9 毫秒到 30 毫秒不等，这表明源的大小可能为 10 公里左右——一颗典型中子星的大小。
除了查看每次射电暴的时间和色散外，研究人员还测量了其极化——爆发光上下、左右、垂直于其传播方向的振荡方式。 当偏振无线电波穿过磁场和带电粒子时，它们的偏振会像开瓶器一样扭曲——粒子密度越大，磁场强度越大，扭曲就越大。 偏振测量表明，FRB 121102 的扭曲幅度巨大，可以与迄今为止从天体物理源看到的最大的扭曲幅度相媲美。 扭曲也在迅速变化，在大约半年的时间里下降了 10%。 无论来源是什么，它都必须是一个被致密、高度磁化的等离子体云（一种热的电离气体）包围的紧凑物体，并以极高的速度移动。
“我们现在是否可以理解这种极端环境是如何与它是唯一已知的重复 FRB 这一事实相关的？”该研究的合著者、阿姆斯特丹大学和荷兰射电天文研究所 ASTRON 的天文学家 Jason Hessels 问道。“也许这种极端环境包括可以像放大镜一样提高爆发亮度的结构。” 这些结构可能是穿过 FRB 源周围云的特别密集的等离子体触手和结，所谓的“等离子体透镜”会偶尔放大正在进行的无线电发射，以帮助产生重复。 如果没有这种放大效应，重复爆发很难解释——FRB 是如此强大，以至于许多模型表明它们的产生需要完全摧毁其来源，例如两颗中子星的灾难性碰撞。
FRB 121102 的真实本质的最早迹象可以追溯到 2017 年初，当时这个迄今为止独一无二的 FRB 与距离地球约 30 亿光年的矮星系中一个剧烈的恒星形成区域 明确联系起来。 这种矮星系富含自大约 140 亿年前宇宙在大爆炸中诞生以来几乎没有变化的原始气体，而这种气体往往会形成特别大质量和短寿命的恒星，这些恒星通过以惊人的暴力方式爆炸而结束生命，成为“超亮超新星”。 反过来，这些爆炸可能会留下特别极端的残余物——例如恒星质量的黑洞，以及普通的中子星和它们超强的亲属，磁星。 此外，当天文学家放大矮星系内 FRB 的位置时，他们还看到了附近的其他东西——来自翻滚的等离子体云的较柔和、较稳定的无线电辉光，这可能是最近形成的磁星超新星喷射出的物质，或者是被贪婪地吞噬的黑洞打嗝出来的物质。 当时没有人知道 FRB 是否真的与这片云有关； 这项最新的研究几乎证实了它位于其中。
“去年的定位以一种非常直接的方式改变了游戏规则，”该研究的合著者、康奈尔大学的天文学家吉姆·科德斯说。“这个最新的结果更深入地研究了 FRB 及其周围环境，以告诉我们一些关于我们称之为‘引擎’（产生这些高能射电暴的物体）的环境的信息。” 科德斯和其他合著者说，这个可怕的引擎很可能是一颗不到一个世纪的磁星——与我们在银河系中已知的那些被认为是在数千年前形成的磁星相比，它相对较新。如此年轻的磁星应该以极快的速度旋转，可能每毫秒一次，但随着它旋转的磁场将大量能量倾泻到超新星诞生后留下的周围膨胀的等离子体壳中，它的旋转速度将迅速下降。
“随着磁星自旋减慢，它的磁场会移动。 而磁场如此之强，以至于它会带着磁星铁质的地壳一起移动，从而使地壳破裂，产生“星震”和耀斑，像活塞一样将能量驱动到周围动态的星云中，”科德斯说。“这是一种可能性。” 他说，另一种可能性是磁星绕着一个巨大的黑洞运行，该黑洞正在吞噬大量的气体和尘埃。 在更普遍的情况下，磁星可能会在其吞噬时定期穿过黑洞周围的碎片盘和粒子喷流，被暴露在物质中，然后被强烈的磁场以高速喷射出去。 在这两种情况下，结果都可能是重复的 FRB。 如果 FRB 121102 的扭曲极化继续解开（遵循已经看到的半年内下降 10%），这将表明周围的星云正在缓慢膨胀和消散，支持第一种情况。 如果相反，它的周围环境继续显示出剧烈的磁振荡，那么这可能更好地证明了类似黑洞的情况。
尽管这些结果在解决 FRB 121102 的谜团方面取得了长足的进展，但 Chatterjee 说，它们仍然令人沮丧地对更大的问题保持沉默：所有 FRB 都来自同一种物理来源吗？ 所有 FRB 都会重复吗？ “这是一个‘先天与后天’的问题，”他说。“FRB 的本质是它们都起源于这种极端环境，还是这更像是后天的情况，其中一个 FRB 因为其极端环境、强磁场和等离子体透镜效应而重复出现？ 这两种可能性都仍然令人兴奋地存在。”
更多的答案应该很快就会到来，通过现在上线的新的广域射电望远镜，这些望远镜应该擅长检测更多的 FRB，查明它们的宇宙起源并绘制它们可能的重复。 其中一个特别的望远镜称为 CHIME（加拿大氢强度绘图实验），预计每天将检测到少数几个到几十个 FRB，当它在今年晚些时候开始运行时，这将使天文学家对比以往更深入地窥视整个宇宙中 FRB 神秘的核心抱有新的希望。