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天眼|中国天眼这项重大发现，让我们更好理解宇宙起源 | 新京报专栏

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 。
天眼|中国天眼这项重大发现，让我们更好理解宇宙起源 | 新京报专栏
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▲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
文 | 长桥
【天眼|中国天眼这项重大发现，让我们更好理解宇宙起源 | 新京报专栏】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 。
新京报特约撰稿人 | 长桥（天文科普作家）
编辑 | 迟道华
校对 | 卢茜

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