快速射电暴（FRB）是我们宇宙中最伟大的谜团之一。这些爆发来自深空，可以在毫秒内闪烁和消退，但在每次爆发中释放的能量却相当于太阳一年释放的能量。它们每天多次在天空中各处突然出现，但大多数似乎是一次性事件，因此很难捕捉到。FRB于2007年首次被发现，一直挑战和吸引着科学家，他们试图揭示其晦涩的起源，并将其用作探测星系际空间深处的独特工具。
现在，一个国际团队利用世界上最大的单口径射电望远镜，报告了历史上探测到的最大一组FRB事件。根据他们今天发表在《自然》杂志上的论文，2019年8月至10月期间，位于中国西南部的五百米口径球面射电望远镜（FAST）从一个位于30亿光年外矮星系中的单一重复FRB源记录到总共1652次此类短暂而明亮的爆发。除了大幅增加已知FRB事件的总数外，观测结果还揭示了记录事件中非常广泛的亮度范围，为揭示其神秘来源的天体物理性质提供了新的线索。
“这项研究非常彻底，具有我们前所未有的细节和灵敏度水平，”荷兰阿姆斯特丹大学和加拿大麦吉尔大学的天体物理学家艾米丽·佩特罗夫说，她没有参与这项研究。“对单个来源进行如此深入的分析将是未来FRB研究的首要任务。”
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爆发群
第一批FRB像晴天霹雳一样袭击了天体物理学家；没有任何理论预测到它们的存在。早期，研究人员对爆发可能是什么几乎没有线索，并争先恐后地提出想法。对FRB的解释范围从自转中子星上的巨大磁爆发到星际飞船的排放物。在FAST和其他FRB搜索望远镜开始运行之前，理论家之间流传的笑话是，FRB理论的数量超过了已知的FRB事件本身。
直到2016年，观测者才探测到第一个重复源，名为FRB 121102。从不断扩大的探测目录中得出的统计数据现在表明，约20%的FRB发生不止一次，这些重复源使天文学家能够进行更详细的后续观测。FRB 121102是迄今为止研究最多的此类源。在FAST获得大量新事件之前，使用其他射电望远镜的科学家报告了来自该源的近350个FRB，该源位于一个正在形成大量年轻恒星的星系中。“对于重复源，其他望远镜通常会获得两个到一百个脉冲。FAST做了超过一千个，这真是太棒了，”佩特罗夫说。
论文的主要作者和FAST的首席科学家李菂说，由于FAST前所未有的灵敏度，它可以捕捉到其他望远镜无法捕捉到的能量较低的脉冲。当研究小组在望远镜调试阶段进行测试观测时，他们注意到FRB 121102正处于活动高峰期，频繁发射明亮的脉冲。因此，他们决定每天抽出大约一个小时来监测它。结果证明，爆发比预期的要密集得多。在某些时段，大约每30秒发生一次。
爆发分为两种类型：亮度高的和亮度低的。论文的共同作者、西弗吉尼亚大学的邓肯·洛里默说，这可能指向两种不同的物理机制导致了爆发，他于2007年共同发现了第一个FRB。
然而，目前尚不清楚这些机制是什么。即便如此，由于脉冲群表现出如此高的能量，并且没有显示出任何短期周期性（这将表明来源以设定的速度自转或轨道运行），李菂认为，他和他的合作者已经严重限制了FRB 121102来自孤立致密天体（如自转中子星或黑洞）的可能性。
其他人则对得出同样的结论持犹豫态度。例如，来自中国科学技术大学的理论物理学家戴子高说，FRB 121102的来源仍然可能是一颗磁星，这是一种具有极强表面磁场的特殊类型的中子星。当磁星的外层在恒星磁场突然变化引起的应力下进行调整时，可能会发生“星震”。正如地球上的地震可以由不同的机制触发一样，例如构造板块的运动或小行星的撞击，“磁星仍然有可能经历星震，并经常受到周围小行星的撞击——这在[FRB 121102]所处的星系中是一个可能的场景，”戴子高解释说。
FRB在FAST快车道上
洛里默说：“FAST非常擅长此类研究——对重复源进行深入分析。”虽然它并不特别擅长寻找FRB，但其巨大的灵敏度使其能够探测到其他望远镜遗漏的东西。这就是为什么对于FRB研究，FAST最好与其他射电望远镜协同工作，例如加拿大氢强度测绘实验（CHIME），由于其广阔的视野，它是发现头顶天空任何地方的FRB的强大工具。
今年早些时候，FAST宣布了其第二次公开征集提案，望远镜总观测时间的15%至20%可供国际社会使用。FAST于2016年建成，取代了波多黎各标志性的阿雷西博望远镜，成为世界上最大的单口径射电望远镜。
作为CHIME/FRB合作成员的佩特罗夫说，她的团队现在已经申请并获得了FAST的观测时间。李菂说，已批准的国际项目的观测已经开始。由于国际旅行仍因COVID-19而受到限制，外国科学家目前仅限于远程操作，并且需要提交身份证明，通常是护照信息页的副本，才能获得访问权限。
李菂指出：“我们一直在与个别科学家合作，以减轻他们的担忧，并探索提交个人信息的替代方法。” “FAST的工作人员热烈欢迎他们在国际旅行恢复正常后前来参观，希望很快就能实现。”
激进的未来
李菂说，FAST将继续监测FRB 121102，同时寻找其他重复源。事实上，他透露，他的团队一直在研究另一个尚未公开的来源，该来源的行为比FRB 121102“更激进”。戴子高说，研究常规和“激进”的FRB系统对于理解FRB可能和不可能是什么至关重要——从而了解它们的真实性质。他和其其他专家表示，取得进一步突破可能需要全球多台望远镜的协调努力，以观测多种不同类型的天体光，以及中微子和引力波。
洛里默说：“我认为FRB天文学仍处于青春期。” “我们对FRB了解了很多，但许多理论仍然存在一些‘成长的烦恼’。” 下一步是继续尽可能多地为来源确定宿主星系，并像李菂和他的团队使用FAST所做的那样，对单个系统进行深入分析。通过大量的努力，也许还有一点运气，找到更多疯狂的重复器和激进的一次性FRB，科学家们可能很快就能解开FRB的深层宇宙之谜，并打开一扇通往充满宇宙的高能、短暂的天体物理现象的新窗口。