裸露的快速射电暴，可以帮助科学家测量重子物质

来自神秘深空闪光的“射电颜色”表明孤独的恒星尸体是其来源

（图解：天文学家使用荷兰的低频阵列（英语：Low-Frequency Array，缩写为LOFAR）观察快速射电暴的“射电颜色”。 图源: SPACE/Joeri van Leeuwen）

新的研究发现，重复的神秘无线电波脉冲可能并非来自于以前所认为的成对的恒星，而是来自于一种异常强大的磁体——它存在于宇宙中，却迄今不为人所知。

快速射电暴（fast radio burst），或称FRB，是强大的无线电波脉冲，在几千分之一秒内释放的能量比太阳在近一个世纪内释放的能量还要多。天文学家在2007年才发现快速射电暴，而且由于这种现象的爆发十分短暂，所以对快速射电暴仍有许多未知之处。

（图解：画家对快速射电暴180916.J0158+65的绘图，基于使用夏威夷冒纳凯阿火山山顶的双子星北方望远镜和德国的100米埃费尔斯贝格射电望远镜的真实观测。 图源: Danielle Futselaar/artsource.nl）

由于快速射电暴并不多见，又十分明亮，研究人员通常认为它们一般来自于灾难性事件，如恒星耀斑或中子星的碰撞。(中子星是在超新星的灾难性爆炸中死亡的恒星的残余物；这些恒星尸体的重力足以将质子和电子挤压在一起，形成中子）。

当科学家在2016年发现第一个重复的快速射电暴时，快速射电暴就变得更神秘了。当天体物理学家看到天体事件中的重复模式时，他们通常认为可能是天体力学在其中发挥了作用——比如，一颗行星完成了围绕其恒星的轨道，或者一颗旋转的中子星从其磁极喷射出无线电波，从地球的角度看像灯塔一样闪烁。

在新的研究中，科学家专注于FRB 20180916B，这个快速射电暴于2018年被发现，大约每16.35天就会爆发一次。这种周期的规律性让之前的研究得以构建一些模型，其中重复的爆发来自于一个双星系统——一个强大的无线电波源，如被一颗巨星或另一颗中子星等同伴环绕的中子星。

这些双星模型的一个关键结果与来自重复爆发的无线电波的“颜色”有关。当涉及到可见光时，短波长的光比较蓝，而长波长的光则比较红。如果重复快速射电暴的源头是一个双星系统，过往的研究表明，来自快速射电暴源头的高能粒子的强大恒星风应该让更多的蓝色射电光逃离该系统，但阻挡大部分或可能全部较红的射电波。

该研究的主要作者、阿姆斯特丹大学和荷兰射电天文学研究所（英語：Netherlands Institute for Radio Astronomy，缩写为ASTRON）的天体物理学家伊内斯·帕斯托-马拉苏拉说：“在我们的观测之前，这些模型似乎是最有可能出现的情况。”

在新的研究中，帕斯托-马拉苏拉和她的同事们结合世界上两个最大的射电望远镜——主要位于荷兰的低频阵列（LOFAR）和位于荷兰东北部的韦斯特博克综合孔径射电望远镜（Westerbork Synthesis Radio Telescope，缩写为WSRT）——来测试这个与颜色有关的猜想。这有助于他们同时在更红和更蓝的无线电波长上分析FRB 20180916B的爆发。

（图解：韦斯特博克望远镜（左）在电磁波谱的蓝色高频范围内探测到一个周期性的快速射电暴。后来，同一来源在红色低频范围内发出了光。LOFAR望远镜（右）首次探测到这些颜色。 图源: SPACE/Joeri van Leeuwen）

出乎意料的是，研究人员看到了两天较蓝的射电暴，接着是三天较红的射电暴。帕斯托-马拉苏拉说，如此一来，简单的双星系统模型就被排除了，表明可能是其他情况。

相反，可能最适合解释FRB 20180916B快速射电暴的神秘色彩模式的是磁星——中子星中一种罕见的类型，是宇宙中最强的磁体。帕斯托-马拉苏拉说，具体而言，他们认为一个孤立的、缓慢旋转的磁星——一个大约每16天完成一次旋转的磁星，最有可能合理解释这项发现。

（图解：画家笔下的磁星想象图。 图源: Wikipedia）

然而，科学家们还没有检测到任何旋转如此缓慢的磁星。帕斯托-马拉苏拉说，“仅凭我们目前的知识很难理解这种磁星是如何存在的”，因为强大的磁场通常与高旋转率有关，“到目前为止，还没有其他模型能像慢速磁星那样符合我们的观测结果。”

这些发现让人联想到，一些快速射电暴可能没有任何诸如密集电子云之类的笼罩物质，以掩盖其爆发的所有颜色。这种“裸露”的快速射电暴可以帮助研究人员解决一个重要的科学难题——宇宙中一半重子物质（又称“正常”物质）的位置。

构成恒星、星系和行星等的即为“重子”物质，因其主要由被称为重子的粒子构成，其中包括构成原子核的质子和中子。然而，几十年来，宇宙中已被预测的重子物质中只有约一半得到了天文学家的解释。

（图解：画家笔下的磁星想象图由上夸克、下夸克和奇夸克中任意三个夸克组成的具有-3/2自旋的重子，这十种重子为十重态。 图源: Wikipedia）

去年，科学家们发现快速射电暴可能有助于解决失踪的重子问题。当快速无线电波的辐射穿过隐藏的重子物质云时，更容易减慢较红的无线电波而不是较蓝的无线电波的速度。通过分析来自快速射电暴的较红和较蓝信号到达地球的不同时间，研究人员可以估计出射电波沿途经过了多少重子物质。

帕斯托-马拉苏拉说，如果所有的快速射电暴都是裸露的，那么用它们来测量宇宙中的重子物质就会容易得多，因为科学家们将不必考虑它们周围的环境可能会使重子估计发生偏差。

BY: Charles Q. Choi

FY: halogen

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