神秘信封理解与我们不同的人的收获（神秘信封:理解与我们不同的人）

快速射电爆发是指在遥远的宇宙中突然出现的短暂而猛烈的无线电波爆发。持续时间极短，通常只有几毫秒，但却能释放相当于太阳一整天释放的能量。

快速射电爆发是由射电望远镜探测到的不明来源的短暂闪光。虽然它持续的时间不到一秒，但它包含的能量比我们的太阳几十万年来发出的能量还要多。到目前为止，只有11个FRB事件被证实，但天文学家认为，在可观测的宇宙中，每天都有数千个这样的爆炸发生。但是，为了找到它们，需要对当前和存档的每日射电天文观测记录进行认真细致的分析。

这些神秘事件中只有少数得到了证实，但之前的观察并没有揭示出它们是如何发生的，甚至是在哪里发生的。这是普遍现象还是巧合？

一个团队目前正在研究FRB121102，它距离地球30亿光年。这是唯一检测到重复信号的快速无线电脉冲。科学家发现这个信号是在一个强磁场环境中，而如此强的磁场只有在银河系中心附近的一颗中子星附近才被探测到，这颗中子星离银河系中心的超大质量黑洞非常近。研究小组认为，这个FRB起源于一颗年轻、快速旋转且高度磁化的中子星，也称为磁星，很可能围绕一个大质量黑洞旋转。这一发现发表在1月11日的《自然》杂志上。

& ldquo有史以来第一次，我们对射电暴的源头所在的环境有了一些了解，这个源头在30亿光年之外。& rdquo这篇论文的合著者，康奈尔大学的米沙·查特吉说。& ldquo我们意识到这是两个极其奇特的天体的叠加效应:我们需要一颗前所未有的磁星，我们需要把它放在一个巨大的黑洞旁边。但是在我们自己的星系中有这样的例子。& rdquo但是天文学家并没有发现银河系中心附近的磁星发出FRB，目前观测到的FRB的来源通常都非常遥远。

FRB从何而来？

FRB信号的奇特性质证明它们确实离我们很远。它们发出的无线电波在穿过恒星和星系之间的气体云和电子时有色散，色散的程度与它们离我们的距离成正比。这说明FRB可以作为探测宇宙结构的最佳工具。研究人员不仅可以知道某个FRB源离我们有多远，还可以知道有多少星际和星系物质从射电源传递到了我们这里。但是为了更深入地了解它，天文学家需要知道FRB是如何产生的。科学家检测到FRB121102的重复信号是普遍现象还是只是特例？

为了解开这个谜团，团队花了几个月的时间监测FRB121102的周期信号。他们使用了世界上最大的两台射电望远镜，波多黎各的阿雷西博望远镜和西弗吉尼亚州的绿海岸望远镜。

FRB121102的周期信号并不是有规律的变化，相反，它的信号是间歇性的，至今无法准确预测。该团队最终捕获并分析了16次疫情。每次探测到的爆发持续时间从9毫秒到30毫秒不等，表明射电源的直径可能是10公里，这只是一个典型的中子星直径尺度。

除了关注射电爆发的持续时间和离散度，研究人员还测量了它的偏振特性，即射电爆发发出的电磁波的振动方向垂直于传播方向，如上下或左右。当偏振光通过强磁场和带电粒子时，其偏振方向会随着传播螺旋旋转。带电粒子越多或磁场强度越大，极化方向旋转越多。正是这种效应使得研究人员确认射电源处于强磁场中。

差点错过的发现

这种反复出现的射电爆发是在极端环境下，这一点并不明显。10月，在西摩在阿雷西博望远镜中探测到第一个信号的10个月后，阿姆斯特丹大学的杰森·赫塞尔斯和他的学生丹尼尔·米奇利分析了观测数据。他们试图判断发射源附近是否有强磁场。如果有一个强磁场，它会改变电磁波的偏振，这也被称为法拉第旋转。但是他们什么也没找到。

但是黑塞尔有一个主意:会不会是这种影响太强，我们反而忽略了？& rdquo他们起初寻找的是一个小偏差。如果他们扩大搜索范围呢？他要求米奇利调整他正在寻找的参数。试过一些疯狂的数字，& rdquo米奇利说。他们把参数放大了五倍，这看似& ldquo很幼稚& rdquo行为，因为他们从来没有遇到过这么高的值。

当米奇利的笔记本显示最新的数据图时，赫塞尔斯立刻意识到，电磁波一定是穿过了一个强磁场。& ldquo我当时就惊呆了。没想到在这次事件中能看到这么强的法拉第旋转效应。& rdquo他说。这是在脉冲星和磁星的探测中从未遇到过的情况。他接着说，“ldquo我当时很惭愧，因为我们在这么重要的数据面前坐了几个月，却没想到问题的突破这么简单。& rdquo

测量结果表明，FRB121102的偏振旋转效应非常大，其穿过的电磁场堪比目前观测到的电磁场最强的天体源。旋转的程度也在迅速变化，在大约半年的时间里减少了大约10%。无论什么天体发出射电暴，都一定是被稠密磁化等离子云(高温电离气体)包围的高速致密天体。

& ldquo等离子镜头& rdquo放大亮度？

& ldquo我们现在可以弄清楚极端环境是如何与观察到重复信号的唯一FRB相关联的吗？& rdquo论文的合著者Jason Hessels提出了这样一个问题。& ldquo或许极端环境可以放大射电爆发的亮度，就像放大镜一样。& rdquo这个结构可能是一团高密度等离子体，在FRB发射源周围的气体云中不断运动。因此，虽然电磁波不断发射，& ldquo等离子镜头& rdquo这个信号可以被间歇性地放大，从而产生我们观察到的重复的射电爆发。如果没有这种放大效应，重复的射电爆发将很难解释，因为信号如此强烈，以至于许多模型显示其来源将被完全破坏，例如两颗中子星碰撞产生的能量。

科学家对FRB121102本质的第一次肤浅认识可以追溯到2017年。当时人们认为这个奇怪的FRB与距离地球30亿光年的矮星系有关，那里诞生了许多恒星。这种矮星系富含原始气体，自BIGBANG以来一直没有改变，更容易形成巨大而短暂的恒星，最终会发生非常壮丽而剧烈的超新星爆炸。爆炸留下的碎片可能是恒星质量黑洞，也可能是普通中子星，也可能是磁星。更重要的是，当天文学家扩大他们的视野，观察矮星系中FRB的位置时，他们发现了一个等离子云，它正在发射一个更弱、更稳定的电磁波信号，这可能是由磁星经历的超新星爆炸或正在吞噬物质的黑洞引起的。但当时没有人知道FRB是否肯定与这个等离子云有关，最新的研究证实FRB就在这个云中。

& ldquo信号源的定位直接改变了去年的游戏规则，& rdquo来自康奈尔大学的合著者吉姆·科德斯说。& ldquo最新成果对FRB及其环境的研究更加深入。我们称能产生这些高能射电爆发的环境为& ldquo引擎& rdquo。Cordes和其他合著者表示，这个令人惊叹的引擎极有可能是一颗不到一个世纪的磁星，与我们银河系中已知的形成了数千年的恒星相比，可以说是相当年轻的。这样一颗年轻的磁星应该是高速旋转的，它每旋转一周只需要一毫秒，但它的角动量也会迅速减小，因为它的旋转磁场会将大部分能量释放到周围不断膨胀的等离子体壳中，这是一次超新星爆炸的遗迹。

两次猜测

& ldquo当磁星旋转时，它的磁场也会改变。这种磁场如此强大，它会随着磁星的铁一样的壳层旋转，壳层破裂，导致星震和耀斑，向周围的活动星云释放能量。& rdquo科德斯说，“ldquo这是可能性之一。& rdquo另一种可能性是，一颗磁性恒星围绕着一个吞噬周围气体和尘埃的巨大黑洞旋转。在那种情况下，磁星会周期性地穿过黑洞周围的吸积盘和粒子喷流，其强大的磁场会驱动那些物质高速运动。无论哪种情况，都会产生一个可以检测重复信号的FRB。如果FRB121102的偏振振幅继续减小(半年内已观测到10%的减小)，将表明其周围的星云正在缓慢膨胀和衰竭，这进一步支持了第一种解释。如果其周围存在持续的磁场振荡，这将更符合黑洞附近的解释。

虽然这些结果有助于解开FRB121102之谜，但科学家们仍然无力解开一个更大的谜团:所有的FRB都是从同一个天体源产生的吗？所有的FRB都会有重复信号吗？& ldquo这是一个& ldquo先天和后天& rdquo的问题，& rdquo查特吉说，& ldquoFRB是起源于这样的极端环境，还是后天的极端环境，强磁场和等离子透镜能让它反复发出信号？所有的可能性都是开放的。& rdquo

很快会有更多的答案，新的大视场射电望远镜也将很快投入使用，可以探测到更多的FRB信号，让我们清楚地了解它们的宇宙起源和重复机制。其中一个非常特殊的项目名为Chime(加拿大氢强度测绘实验)，将于今年晚些时候运行。届时，天文学家每天将探测到几个到几十个FRB，给我们带来了越来越接近宇宙FRB之谜真实面目的希望。