中国天眼这项重大发现 让我们更好理解宇宙起源

• 2022-03-21 12:37:32 来源：凤凰网

2021年3月29日在维护保养期间拍摄的被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）。图/新华社

3月18日，国际著名的《科学》杂志刊发了快速射电暴研究的新进展。这是一项由“中国天眼”FAST与之江实验室科学家联手取得的最新科研成果。消息经由媒体报道后，引发了舆论广泛关注。

然而，中国天眼到底获得了什么新发现，这一发现有什么意义？新闻报道均语焉不详，但很多天文爱好者又很关心。

什么是“快速射电暴”？

快速射电暴的字面意义非常好理解。快速，是指持续的时间极为短暂，一次快速射电暴往往只持续千分之一秒到百万分之一秒。

“射电”是天文学的专用名词，其他学科一般称为无线电波。地球大气层虽然有云雾和气体分子遮挡，但对无线电波却是透明的，所以用射电望远镜可以接收到来自宇宙深处的无线电波。

“暴”也是天文学常用的名词，除了射电暴，还有伽马暴，差别在于爆发的能量集中在电磁波谱的不同波段。一次快速射电暴释放的能量，相当于太阳在1天中释放的能量总和。

快速射电暴是指在极短的时间内释放出巨大能量的天文现象。因其只在无线电波段有能量的集中爆发，而在人类更容易感知的光学波段，却没有异常现象，所以无法借助光学望远镜进行观测。

快速射电暴这种极端现象到底是如何产生的，是这些年天文界关注的前沿课题。各国的天文学家先后提出了十几种不同的理论假说，来解释其成因。

但究竟哪一种理论更接近真实的物理过程，一方面要收集到足够多的案例进行统计分析，另一方面也有赖于观测精度的提升。也就是说，既要见多识广，更要耳聪目明，才能搞清楚这种神秘现象的成因。

加拿大的CHIME望远镜于2017年开始观测，原本计划的研究目标是宇宙学，但在巡天过程中，发现了数百个快速射电暴，从中又发现了一批重复爆发的快速射电暴（重复暴），被称为快速射电暴的收割机。

一些天文学家曾经以为快速射电暴是一次性发作，也被因此证明是不对的。重复暴的发现，为中国天眼提供了施展“才华”的舞台。因为，中国天眼的最大优势就在于灵敏度高，拥有像鹰一样的眼睛，目力极强。

何以暴露“藏身之地”？

宇宙是一个天然的巨型实验室，人类能够创造的实验条件，与宇宙中的极端条件完全无法比拟。因此，从某种意义上说，天文观测是科学家在观察宇宙中的实验现象，希望从中发现天文现象背后的原因。

此次，天文学家利用中国天眼对这些重复暴的观测，结合美国的绿岸望远镜、澳大利亚平方公里阵列先导阵（ASKAP）等其他望远镜的观测结果，提出了一种物理机制，可以准确锁定重复暴的“案发现场”。

天文学家发现，重复暴形成于超新星爆发留下的遗迹中。而1054年，我国宋朝天文学家观测到夜空中的某个方向突然变亮并记录下来，成为历史上首次记录的超新星爆发目击事件。我们现在观测到的蟹状星云，就是那次超新星爆发留下的遗迹。

那么，天文学家又是靠什么“刑侦手段”，发现重复暴与超新星爆发遗迹之间的关系的呢？

原来，超新星爆发后，会形成一大片由致密的自由电子气体组成的星云物质，呈现出纤维状、不均匀分布的结构，其中会形成中子星。如果中子星由于某种原因受到扰动，就会发出一阵强烈辐射，这就是快速射电暴。

这种强烈辐射要在星云中经过复杂的散射，才能穿透进入星际空间，以光速飞向地球。无线电波在穿过星云时，一些信号特征会发生改变，正是这些特征变化，暴露了重复暴的藏身之地。

宇宙之大，无奇不有。解决了一个问题，就会有更多的问题产生。接下来，天文学家要面对的问题是，重复暴是不是真的就像上面说的那样产生的，还是有其他的物理机制，需要收集更多的案例进行验证。

此外，由于快速射电暴持续的时间极短，产生的能量极大，与宇宙起源时的大爆炸过程存在某种相似性。因此，对快速射电暴的研究，或许有助于我们更好地理解宇宙的起源。

期待春暖花开之后，中国天眼能获得更多的新发现，成为用科学鼓舞人类前行的一股力量。

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