澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）的ASKAP望遠(yuǎn)鏡陣列探測并精確定位快速射電暴想象圖 圖片來源：CSIRO/ Andrew Howells博士

　　澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）的ASKAP望遠(yuǎn)鏡陣列，位于西澳大利亞的Murchison射電天文臺 圖片來源：CSIRO, Dragonfly Media

　　快速射電暴（FRB）是一類持續(xù)時間為毫秒量級的超亮射電脈沖信號。從2007年第一次被發(fā)現(xiàn)至今，全球各地的射電天文學(xué)家已經(jīng)公布了80多個獨立的快速射電暴事件。然而此前，僅有重復(fù)快速射電暴FRB 121102被精確定位。

　　近日，美國哈佛大學(xué)空間物理中心助理教授Vikram Ravi 和英聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織澳大利亞國家望遠(yuǎn)鏡中心研究員Keith. W. Bannister分別在《自然》和《科學(xué)》發(fā)表論文，實現(xiàn)了對兩個非重復(fù)射電暴信號的定位。

　　　　3.1秒的邂逅 

　　以我國為主的第一個快速射電暴信號的發(fā)現(xiàn)者、中科院紫金山天文臺博士生張松波告訴《中國科學(xué)報》，此次發(fā)現(xiàn)是對一次性爆發(fā)的快速射電暴的精確定位，由來自澳大利亞平方公里陣探路者（ASKAP）項目組和來自美國的深天十天線陣列原型（DSA-10）分別獨立地對非重復(fù)射電暴FRB 180924 和FRB 190523 進(jìn)行了精確定位。

　　張松波認(rèn)為，對非重復(fù)射電暴的定位相比于重復(fù)射電暴要更加困難。

　　他告訴記者，望遠(yuǎn)鏡的分辨率與波長成正比、與口徑成反比。單口徑射電望遠(yuǎn)鏡必須建得足夠大，才能提供足夠的分辨率和靈敏度，才能探測到更暗或更遠(yuǎn)的快速射電暴。

　　而要將射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率提高到可以精確定位的標(biāo)準(zhǔn)，只能通過陣列實現(xiàn)。

　　張松波說，這類望遠(yuǎn)鏡陣列的基線長度可達(dá)數(shù)千米，角分辨率可達(dá)角秒以至亞角秒的量級。

　　但陣列的搜尋方式卻會產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)量，且會極大降低其搜尋視場。

　　單口徑射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率不高，而射電望遠(yuǎn)鏡陣列則因為其視場限制和超大的數(shù)據(jù)處理量，很難直接探測到快速射電暴。

　　此前，只有經(jīng)單口徑望遠(yuǎn)鏡巡天確定了大致位置范圍，再由射電望遠(yuǎn)鏡陣列對準(zhǔn)這個方向，重復(fù)射電暴才有被探測到的可能性。FRB 121102就是這樣利用美國甚大天線陣（VLA）進(jìn)行的精確定位。

　　但重復(fù)快速射電暴的重復(fù)爆發(fā)頻率非常難以確定，往往在長時間沉寂后又在幾周或幾個月里集中出現(xiàn)，想要探測依舊需要足夠的時間和運氣。

　　張松波說，最新的這兩次發(fā)現(xiàn)，都是射電望遠(yuǎn)鏡陣列對快速射電暴的直接觀測，是對快速射電暴實時搜尋能力的一個極大突破。

　　這次的觀測所用的射電望遠(yuǎn)鏡陣列數(shù)據(jù)量極大，而為了提高視場，如ASKAP裝備的相位饋源陣列（PAF），會使其數(shù)據(jù)量在原基礎(chǔ)上提高30多倍，其最大吞吐量可達(dá)75TB/s，但只能實時緩存3.1秒用于成像的基帶數(shù)據(jù)。

　　“也就是說，超過這個時間窗口，快速射電暴信號將失去被定位的可能。”張松波說。

　　這就要求極高的數(shù)據(jù)處理能力，F(xiàn)RB 180924就是在探測到信號后281毫秒就得到了確認(rèn)。

　　這證實了利用射電望遠(yuǎn)鏡陣列對快速射電暴進(jìn)行直接觀測的可行性，張松波相信，必將有更多的快速射電暴被更多的射電望遠(yuǎn)鏡陣列觀測到，并精確定位。

　　　謎一樣的遙遠(yuǎn)閃光 

　　這兩次發(fā)現(xiàn)，極大地擴(kuò)充了快速射電暴精確定位的樣本量。能夠?qū)焖偕潆姳┒ㄎ?，給了天文學(xué)家們綜合其他數(shù)據(jù)、研究其成因的機(jī)會。

　　中科院紫金山天文臺研究員吳雪峰告訴《中國科學(xué)報》，關(guān)于FRB的成因已經(jīng)有很多理論，現(xiàn)在還很難確定哪個是正確的，但基本都與致密星的特別活動相關(guān)，如雙中子星或白矮星的合并、快速旋轉(zhuǎn)的大質(zhì)量中子星塌縮成黑洞等。

　　此前，由于重復(fù)快速射電暴FRB 121102被精確定位于距離地球約30億光年的亮度較暗、質(zhì)量較小的矮星系中，所處位置恒星形成率較高，使得很多理論開始偏向這一方向。

　　然而此次，F(xiàn)RB 180924 和FRB 190523的宿主星系距離地球分別為40億光年和70億光年左右，都是較明亮、大質(zhì)量的星系，而且，恒星形成率非常低。

　　“這使得快速射電暴的起源理論再次成謎，也提供了更多的可能性，或許FRB的起源確實就可以分為兩種?！眳茄┓逭f。

　　不論如何，通過定位證實快速射電暴確實起源于銀河系之外的遙遠(yuǎn)宇宙深處，為研究快速射電暴這一全新天文現(xiàn)象的理論工作提供了堅實的基礎(chǔ)，關(guān)于其超大能量（瞬間爆發(fā)的能量甚至可以超過太陽10年所提供的能量總和）的估計將不再只是一個假設(shè)。

　　吳雪峰強調(diào)，而各類依據(jù)其宇宙學(xué)距離所做的物理應(yīng)用，如對宇宙重子數(shù)密度的探尋等，都有了切實可行的依據(jù)和逐漸擴(kuò)充的樣本。

　　　印證宇宙學(xué)命題的探針 

　　“FRB最直接的應(yīng)用是作為星系際介質(zhì)的探針，進(jìn)而探究星系際介質(zhì)的重子比例，這對于基礎(chǔ)粒子物理和宇宙學(xué)的各類模型，都有著至關(guān)重要的作用?！敝锌圃鹤辖鹕教煳呐_副研究員魏俊杰告訴《中國科學(xué)報》。

　　比如，通過對銀河系脈沖星射電脈沖信號的研究，科學(xué)家已經(jīng)對銀河系的電子分布有了一個比較清晰的認(rèn)識，如NE2001模型和YMW16模型，都對銀河系任何方向的電子數(shù)密度分布給出了一個比較準(zhǔn)確的估計。

　　而想要對銀河系外的電子數(shù)密度進(jìn)行估計，以前基本只能靠理論估計，但現(xiàn)在，F(xiàn)RB給了科學(xué)家直接測量星系際介質(zhì)自由電子數(shù)密度分布的契機(jī)。

　　魏俊杰告訴記者，不同頻率的信號在穿過冷等離子體的時候，會產(chǎn)生不同的時間延遲，而這個延遲與頻率的平方成反比，因此頻率越低的信號延遲效應(yīng)越明顯。通過測量某一個FRB信號的延遲，就可以得到這個方向的電子數(shù)密度。

　　“這次對兩個FRB信號的探測和定位，使得FRB的起源討論被放在宇宙學(xué)的范圍上。”魏俊杰說。

　　張松波則強調(diào)，宇宙之大，奧秘甚多，我們所知甚少，所以需要更多地去探尋。