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层峦叠嶂,翠林如海。在我国贵州的大山之间,伫立着一座气势恢弘的球面射电望远镜。它带着人类对宇宙的好奇和期待,仰望星空,探寻光年之外的射电信号。
它就是FAST,更多时候我们习惯叫它“中国天眼”。作为当今世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜,FAST的直径达到了500米,相当于30个足球场那么大。这使得它能够在无线电波段搜索来自百亿光年之外的微弱信号。
5月15日下午,由杭州市科协推出的“科学榜YOUNG”青年talk show迎来了之江实验室研究员冯毅,他主要的研究领域——快速射电暴,也来自于FAST捕获的数据。
因在快速射电暴领域的重要贡献,冯毅获得了2023年度达摩院青橙奖、2022年度中国科学院杰出科技成就奖等荣誉,并入选了2023年度《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”。
天文领域的“网红”
它的发现获得了邵逸夫天文学奖
活动一开始,冯毅就给大家科普了这个并不常见的天文名词。
“顾名思义,‘快速’指的是它的持续时间非常非常短,大概只有千分之一秒,比人眨眼还要快200倍;‘射电’指的是它目前只在射电波段被观测到,这正是我们FAST所擅长的领域;‘暴’就是爆发,它的能量非常高,每次释放的能量可能比太阳一年释放的能量还要高,大概可以让人类使用一万亿年。”
人眨一下眼的时间约为300毫秒,而快速射电暴的持续时间只有几毫秒,这也注定了其极难被“捕捉”。
2007年,快速射电暴(FRB)首次被人类探测到,之后迅速成为全球天文科学家关注的焦点,可以说是天文领域的“网红”。它的发现还让美国和澳大利亚的三位科学家荣获了2023年邵逸夫天文学奖,“许多曾获得邵逸夫奖的科学家,后来也获得了诺贝尔奖,这也说明快速射电暴领域的研究是很有希望冲击诺贝尔物理学奖的。”冯毅告诉大家。
为什么研究快速射电暴让科学家们如此着迷?这种宇宙中才会产生的极端爆炸,研究它的产生机制可能会对物理学和天文学产生革命性的影响。用冯毅的话说,“这是宇宙在帮人类创造天然的实验场所”。
来自宇宙深处的浪漫,起源至今是谜
快速射电暴的起源和演化,至今仍然是一道难解之谜。在天文学领域,有大概50个关于快速射电暴起源的理论——这个数字曾一度大于人类观测到的快速射电暴的数量。
就拿人类较早观测到的FRB 121102来说,对于它的来源,科学家们提出了许多不同的猜测。它或许来自超新星爆发,或许来自互相作用的双星,甚至还有科学家猜测它是外星文明使用超强的脉冲辐射而来的。
直到2017年,FRB 121102才被定位下来。这之后,科学家们观测到它宿主星系的红移。基于这次发现,确定了快速射电暴来自宇宙深处。
这是快速射电暴的理解机制上的里程碑事件,这个快速射电暴源的定位被美国天文学会认为是自LIGO引力波探测之后天文学最重大的发现。
关于快速射电暴的研究还在继续……
2019年,中国天眼FAST发现了世界首例持续活跃重复暴FRB20190520B。“快速射电暴的命名一般是以它首次在人类的观测设备中出现的时间”,这个在520这样浪漫的日子被捕捉到的快速射电暴,就像一个宇宙送给天文学家的礼物。
冯毅戏称FRB20190520B为快速射电暴里的“卷王”,因为一般射电暴爆发之后都会有一段休息期,而FRB20190520B自其现身以来,对它的每次监测都有一个或多个望远镜探测到其爆发。也就是说,它是一个“持续活跃的快速射电暴”。
非重复暴只发生一次,重复暴会发生很多次,人类可以反反复复观测到它的新的爆发,相对容易去跟踪和研究它“是什么”。重复暴的出现,让快速射电暴的研究不再是大海捞针,天文学家可以对特定目标持续检测,以捕获更多爆发数据。
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