神秘電波爆發無源可尋，難倒天文學家

太空 02-05

天文學家在追蹤神秘的快速電波爆發（FRB）時，意外撞上了一個宇宙難題。一次電波爆發被偵測到源自一個古老死寂星系的外圍，而此處遠離任何被認為可能產生這種現象的年輕恆星。

這個令人費解的發現挑戰了現有的FRB理論，並引發了關於其真實起源的新問題。藉助一套強大的新型電波望遠鏡系統，科學家們如今比以往任何時候都更接近解開這個宇宙謎團。

天文學家卡爾文·梁（Calvin Leung）去年夏天迫不及待地分析一臺新啟用電波望遠鏡收集到的資料。他的目標是精準定位來自北天小熊座的重複性強烈電波爆發源頭，也就是所謂的快速電波爆發（FRB）。

作為加州大學柏克萊分校的米勒博士後研究員，梁希望能揭開這些神秘訊號的起源。他還打算利用這些訊號來繪製宇宙的大尺度結構，這或許能讓我們深入瞭解宇宙的形成和演化。為了達成這一目標，他開發了許多軟體，讓團隊能夠整合多臺望遠鏡的資料，並以極高的精準度確定FRB的位置，其精準程度就如同在一臂之遙外定位一根頭髮的寬度。

一開始令人興奮的發現很快變得撲朔迷離。當梁在加拿大氫強度繪圖實驗（CHIME）的合作夥伴使用光學望遠鏡檢查爆發源時，他們有了意想不到的發現。這次FRB起源於一個古老、不活躍的橢圓星系的遙遠外圍，而這個星系本不應該存在被認為能產生這些強大爆發的恆星型別。

梁說：「原本預期能找到磁星（一種高度磁化、旋轉的中子星，是年輕大質量恆星核心坍縮的殘骸），但現在的問題是：如何解釋這顆古老死寂星系中磁星的存在？」

理論學家認為產生這些毫秒級電波爆發的年輕恆星殘骸，在這個距地球20億光年、質量超過太陽1000億倍、已有113億年歷史的星系中，早就應該消失了。

這不僅是首次在死寂星系外發現的FRB，而且與其他所有FRB相比，它也是距其相關星系最遠的。加拿大蒙特婁麥吉爾大學的博士生維什旺吉·沙阿（Vishwangi Shah）精進並擴充套件了梁對這次名為FRB 20240209A爆發位置的初步計算，她表示：「這次FRB的位置令人驚訝，也引發了一個問題，即在沒有新恆星形成的區域，如此高能的事件是如何發生的。」

沙阿是1月21日發表在《天體物理學期刊通訊》上一項關於這次FRB研究的通訊作者，同時伊利諾州埃文ston的西北大學同事也發表了第二篇論文。梁是這兩篇論文的共同作者，他也是位於加拿大卑詩省彭蒂克頓附近原始CHIME電波陣列的三臺配套望遠鏡（所謂的外圍天線）的主要開發者。梁在麻省理工學院攻讀博士學位期間指導過沙阿，隨後在獲得米勒研究員資格之前，他在加州大學柏克萊分校擔任愛因斯坦博士後研究員。

本週，位於北加州的哈特克里克天文臺將啟用第三個外圍電波陣列，該天文臺以前由加州大學柏克萊分校擁有和運營，現在由山景城的地外文明搜尋研究所（SETI Institute）管理。這四個陣列共同使用將大大提高CHIME精準定位FRB的能力。

梁說：「與三臺外圍天線配合使用時，我們應該能夠每天準確定位一個FRB到其所屬星系，這相當了不起。這比只有兩臺外圍天線的CHIME的定位能力強20倍。」

有了這種新的精準度，光學望遠鏡就可以轉而識別產生這些爆發的恆星群型別（如球狀星團、螺旋星系），並有望找出恆星源頭。到目前為止，已探測到約5000個源頭，其中超過95%是由CHIME探測到的，但很少有能被確定到具體星系，這阻礙了確認磁星或其他型別恆星是否是爆發源頭的努力。

正如新論文中詳細描述的那樣，沙阿對這次重複性FRB的多次爆發資料進行了平均處理，以提高CHIME陣列和卑詩省一臺外圍天線陣列提供的定位精準度。自2024年2月發現這次FRB以來，天文學家截至7月31日又記錄到了21次爆發。論文提交後，麻省理工學院的希恩·安德魯（Shion Andrew）整合了西維吉尼亞州格林班克天文臺第二臺外圍天線的資料，以20倍的精準度確認了沙阿發表的位置。

沙阿表示：「這一結果挑戰了現有將FRB起源與恆星形成星系中的現象聯絡起來的理論。爆發源可能位於球狀星團中，也就是星系外由古老死寂恆星組成的密集區域。如果得到證實，FRB 20240209A將成為第二個與球狀星團相關的FRB。」

不過，她指出，另一個起源於球狀星團的FRB與一個活躍星系相關，而不是這個數十億年前就停止恆星形成的古老橢圓星系。

西北大學愛因斯坦博士後研究員、第二篇論文的第一作者塔蘭內·埃夫特哈里（Tarraneh Eftekhari）說：「顯然，在FRB研究方面仍有許多令人興奮的探索空間，其周圍環境可能是解開它們秘密的關鍵。」

梁補充道：「CHIME及其外圍望遠鏡將使我們能夠進行天文測量，其水平是哈伯太空望遠鏡或詹姆斯·韋伯太空望遠鏡無法比擬的。接下來就靠它們深入尋找源頭了。這真是一臺了不起的電波望遠鏡。」