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中国天眼接收到30亿光年外强烈信号,47天重复1652次,要不要回复

2021-10-15  火星科普

根据发表在《自然》(Nature)杂志上的一项新研究[1],在中国科学院科学家的主导下,通过全球单口径最大的射电望远镜——中国天眼(FAST),接收到了宇宙深处传来的强烈无线电信号,在47天内重复接收到了1652次。

天文学家估计,该信号源距离地球可达30亿光年。距离如此之远都能接收到,意味着这个信号源的功率极高,能够发出超强的无线电波。那么,这个神秘的无线电信号究竟是怎么产生的呢?会不会与外星文明有关?

宇宙中有很多无线电波,这是一种波长远大于可见光的电磁波,肉眼是看不到的,需要通过射电望远镜来观测。早在上个世纪60年代,天文学家通过射电望远镜取得了重大发现,包括脉冲星(中子星)、宇宙微波背景辐射。2019年,第一张黑洞照片也是通过射电望远镜捕捉到的。

在2007年,天文学家又发现了一种神秘的无线电信号,其强度之高超乎想象,因为它的源头估计远在数十亿光年之外。该信号的持续时间非常短暂,仅有5毫秒,所以天文学家把这种短时间内出现的无线电爆发称之为快速射电暴(FRB)。

令科学家感到困惑的是,快速射电暴都是一次性的,在某个天区爆发过一次之后,就再也没有接收到第二次。正因为如此,天文学家无法追踪到快速射电暴的起源,不清楚这背后的机制是什么。

到了2012年,曾经的“天眼”阿雷西博射电望远镜接收到了一次新的快速射电暴:FRB 121102。天文学家以为这个信号与之前一样,也是出现一次就消失掉。

但在三年后,阿雷西博射电望远镜在相同的天区又接收到了10次强烈的无线电爆发,后被证实是FRB 121102,这是第一个已知的重复快速射电暴。随后几年,这个信号时不时地突然出现。

自中国天眼在2016年开始观测宇宙之后,这个巨型的射电望远镜也着重观测了FRB 121102所在的天区。天文学家期望用更加灵敏的设备来探测这个信号,进而揭示它的起源。

很快,中国天眼就多次接收到了FRB 121102这个重复信号。观测结果证实,FRB 121102的活动周期为156.1天,大约90天处于射电爆发期,随后是大约两个月的静默期。

根据这项新研究,在FRB 121102的一次47天活跃期,中国天眼累计接收到了多达1652次信号。不过,在活跃期时,射电爆发似乎没有一个明确的规律,而是时不时地突然爆发一次。一个小时的峰值爆发次数为122次,这是已知最活跃的快速射电暴。

在上千次的爆发中,每次都释放出了巨大的能量,最多的一次为4.8×10^30焦耳,总计6.4×10^39焦耳,累计持续时间约为60小时。在如此短的时间内,FRB 121102爆发出的能量相当于太阳在53万年里释放出的能量总和。正因为这个信号的能量极高,所以即便我们远在30亿光年外也能接收到。

此前,天文学家猜测FRB 121102的源头可能是活跃的磁星。一些大质量恒星爆发成超新星后,核心区域会坍缩成主要由中子构成的致密天体——中子星。刚刚诞生的中子星有着超强的磁场,强度可达地球表面磁场强度的10万亿倍,这就是磁星。

理论上,活跃的磁星可以释放出极强的电磁波,形成我们所观测到的快速射电暴。但此次中国天眼的观测结果显示,FRB 121102爆发出的能量极高,磁星难以达到。并且这个快速射电暴时并没有周期性,这与具有稳定周期的磁星不符。

还有观点认为,这可能是由黑洞与中子星之间相互作用的结果。超大质量黑洞周围的超强磁场可能会导致脉冲星磁气圈内的电流片变得不稳定,从而不断爆发出强大的无线电波。

此外,也有人认为这也许来自地外文明的信号,搜寻外星文明也是中国天眼的一大目标。人类文明广泛使用无线电波,而先进的外星文明有可能会使用超强的无线电波。

如果真是如此,这样的外星文明拥有极高的科技水平,他们也许已经掌握了虫洞技术或者曲速驱动技术,又或者是人类无法想象的宇航技术,星系际飞越对于他们而言易如反掌。

就算我们真的接收到了外星信号,我们现在根本没有办法回复他们。人类发出的无线电波最远也才在宇宙中前进了大约120光年,远未离开直径可达18万光年的银河系范围。而且人类也无法发射出足够强的无线电波,使其传播到几十亿光年外的星系中,还能被探测到。

对于快速射电暴的探测,人类都是被动接收这些信号。即便它们真的来自于外星文明,我们也不会被发现。身处银河系一隅的人类,只不过是宇宙中极其渺小的存在。

参考文献

[1] D. Li, P. Wang, W. W. Zhu, B. Zhang, et al. A bimodal burst energy distribution of a repeating fast radio burst source, Nature, 2021, 598, 267-271.

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