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新知丨追踪最壮丽的爆炸,探测最神秘的电波——这些年,人类从未停止仰望星空

来源: 新华报业网   作者:王甜  2019-01-15 20:18:35

  交汇点讯 近日,加拿大天文学家宣布发现来自15亿光年外太空深处的无线电波,科研人员在3周内发现了13次电讯爆发,并包含一次非常罕见的重复快速射电暴。外星人向地球发出神秘试探?科学家如何破译太空密码?这则消息燃起了众人对宇宙深处的集体想象。

  人,大多不喜孤单。作为整体,人类也讨厌孤独,并始终坚信自己不是茫茫时空和浩瀚宇宙中唯一的智慧生物。既然作为宇宙的一个文明存在,人类世界的发展规律和自身命运必然与宇宙中所有信息,与地外文明息息相关。射电望远镜、空间探测器……事实上,为了寻找同类、探索太空,人类一直抱以极大的渴望和热情。

  神秘无线信号或许源自星际爆炸

  如果说声音源自震动,那么看似静默的宇宙实则充斥着无数伴随爆裂的巨响。越透明则越神秘,它们以看不见、摸不着的信号为载体,穿越数十亿光年甚至更远的距离,传向宇宙深处。

  此次加拿大天文学家探测到的宇宙无线电信号叫做快速射电暴(Fast Radio Burst,FRB)。它突如其来,转瞬即逝且能量极大。“持续时间只有几毫秒,却能够释放出相当于太阳在几天到几十天里释放的总能量。”长江学者特聘教授、南京大学天文与空间科学学院戴子高告诉记者,这是一种物理起源仍然成谜的射电束。

  实际上,FRB早在2001年即被发现。至今人类共监测到70多例,其中两例为重复快速射电暴。“此前观测到的唯一重复FRB发生在2012年,距离约25亿光年。”值得注意的是,这次监测到的FRB频率很低,打破了先前700(兆赫兹)MHz记录。戴子高认为,这为研究宇宙的成分和膨胀,揭示宇宙的演化提供了参考。

  那么这些来自银河系外遥远的信号是如何产生的?FRB需要一个磁场极强、温度极高的环境。宇宙中只有黑洞和中子星能做到。“中子星能在超短时间里产生极大能量。FRB可能爆发于中子星早期或晚期的磁层,也会产生于两个中子星的合并或者中子星和小行星的碰撞。”戴子高解释。除了中子星,科学家还推测可能来源于黑洞,“如果是黑洞发出的,约几十甚至上百公里的尺寸才能产生这么短的脉冲。”

  作为同样神秘的宇宙信号,伽马射线暴则是天空中伽玛射线强度短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象。2017年,人类首次“听”到双中子星合并发出的引力波,并从伽玛射线波段“看”到双中子星的并合。“它是宇宙中最壮丽的爆炸!”专注于研究脉冲星、中子星、伽玛暴等天文领域多年的戴子高解释,与FRB相比,伽玛射线光子能量更高,两者辐射波段不同,探测仪器也不同。

  探测地外文明,不做孤独星球

  “仰望星空,群星就像发光的沙漠,我就是一个被丢弃在沙漠上的可怜孩子……宇宙是个空荡荡的大宫殿,人类是这宫殿中唯一的一只蚂蚁,地球生命真的是宇宙中偶然里的偶然……”著名科幻作家刘慈欣在其长篇小说《三体》中这样描述人类的孤独。这也就不难理解为何来自宇宙的风吹草动总能撩拨人类敏感的神经。

  人类创造文明不过几万年,发展科学技术不过几百年,探索航天技术不过几十年,这和四十多亿的地球年龄、一百多亿的银河系年龄相比,何异于沧海一粟。

  “对于科学家来说,对地外文明的探寻泛指寻找所有可能孕育生命的行星环境或行星系统。”中国科学院紫金山天文台副研究员魏俊杰这样理解。事实上,早在19世纪人们就设法主动和外星文明取得联系。上世纪四分之一时间内,人类不间断地用电波轰击太空,如今电波在所有方向上已传播70光年,覆盖了数千个恒星系统。上世纪六七十年代,派往外行星访问的第一批使者——先驱者号探测器携带“地球名片”向银河系漫游而去;旅行者号探测器已到达太阳系外空旷的恒星际空间。我们可以设想,某个星球上的智慧生命,现在正在打开收音机——收听来自地球的流行歌曲。

  “宇宙,最后的边疆。这是星舰进取号的航程。它继续的任务,是去探索未知的新世界,找寻新的生命和新的文明,勇敢地航向前人所未至的领域。”这段出自电影《星际迷航》的台词,用在旅行者号探测器上非常恰当。对于探测器来说,离开太阳系只是通往无垠宇宙的旅程的开始。

  光速历险,外星人或许正躲在暗处

  能与光速并跑的无线电,是与遥远外星文明打交道的一种合理方式。科学家主要利用电波做两件事:监听外星文明发出的信号;向外星文明发送信号。1960年和1972年,美国实施了聆听邻近两颗恒星无线电信号的“奥兹玛”计划,并于1974年向武仙座拍发了一份短电报。

  虽然天文学家每天都能接受到无数电波,但由于这些电波可能来自地球本身,也可能来自地球发射的探测器、卫星,因此很难分辨。尽管如此,科学家丝毫没有放弃用电波与外星文明取得交流的努力。1982年,国际天文联盟曾开展地球外生物大搜索;1992年,美国在波多黎各和加利福尼亚启动了两个强有力的射电望远镜。

  帮助探测到此次FRB的是加拿大射电望远镜阵列CHIME。“CHIME成功发现一批FRB证明了这种望远镜的价值。”中国科学院国家天文台研究员陈学雷表示,我国研制的天籁望远镜阵列和CHIME非常相似,它们都具有大视场,适合搜寻这类偶尔出现的信号。在国家天文台支持下,一个小型快速射电暴数字处理后端实验系统的研制也已启动。

  随着更强大的望远镜和分析技术的发展,人类得以望向更遥远的宇宙深处,甚至远到最早出现的一代恒星。我们发现,对于生命来说,宇宙似乎正变得更加友善,至少地外生命出现的可能性更高了——迄今人类已发现近四千颗系外行星,其中有900多颗像地球一样,拥有固态的岩石表面。

  在紫金山天文台青海观测站,一只巨大的“高尔夫球”耸立群山之间,观测站内的13.7米毫米波射电望远镜是中国唯一一台工作在毫米波段的大型射电天文观测设备。

  “天文学家正利用这台望远镜实施一项宏大而富有诗意的计划:‘银河画卷’。”魏俊杰介绍。“银河画卷”计划,即通过观测银道面分子云的分子谱线,研究银河系中分子云的分布、结构、物理性质等,从而绘制出一幅相对完整的银河结构图。魏俊杰告诉记者,天文台还正在积极推动60米亚毫米波射电望远镜的建设,该望远镜可探寻130多亿光年外的宇宙边缘。

  给岁月以文明,给时光以生命。在每一个历史的断面上,我们都能找到许多丢失的机遇。在人类可预见的未来里,地外文明或许都会是未解之谜,但对广袤太空不辍地探索,无疑会不断推进人类对宇宙的幻想和迷思。

  交汇点记者 王甜

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编辑:顾志铭

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