收到外星人信号?这些信号(快速射电暴)是如何产生的?

昨天下午到晚间,朋友圈里炸锅啦!大家纷纷在问:是不是外星人要来了?大家还在讨论,一次次地收到信号,我们要不要回复?

原来,是加拿大氢强度绘图实验望远镜(CHIME)取得了自2017年9月落成以来的第一个重量级成果:探测到13个全新的快速射电暴,其中1个为重复信号。

相关论文的两篇论文同时发表在北京时间1月10日凌晨发表在世界顶级学术期刊、英国《自然》杂志(Nature)上。

射电通常也被称为无线电,也是一种光波,在宇宙中广泛存在,能量远低于我们最熟悉的可见光。脉冲星就是一种著名的射电源,这种致密星体在旋转过程中有规律地向地球传递光波,一度被人视作外星文明的讯息。如今,脉冲星的谜团虽已揭开,宇宙中还有许多尚未明确源头的射电信号。

在刘慈欣的科幻小说《三体II:黑暗森林》中由叶文洁向罗辑提出:宇宙社会学的核心理论:黑暗丛林法则。对它的形象比喻如下:

宇宙就是一座黑暗森林,每个文明都是带枪的猎人,像幽灵般潜行于林间,轻轻拨开挡路的树枝,竭力不让脚步发出一点儿声音,连呼吸都必须小心翼翼:他必须小心,因为林中到处都有与他一样潜行的猎人,如果他发现了别的生命,能做的只有一件事:开枪消灭之。在这片森林中,他人就是地狱,就是永恒的威胁,任何暴露自己存在的生命都将很快被消灭,这就是宇宙文明的图景,这就是对费米悖论的解释。

当然,这只是大众对于快速射电暴的一个兴奋的解读。那么,科学家是如何看待这件事的呢?

目前,很多自媒体和媒体用耸人听闻的题目把该事件和外星人扯在一起,完全是为了博眼球。快速射电暴发生了很多次,其中研究价值最大的有三次:

2011年探测到的一次,代号为FRB110523,距离地球60亿光年,科学家从信号中探测到了磁场的法拉第旋转效应,证明发射源存在磁场。

2012年探测到的一次,代号为FRB121102,距离地球30亿光年,这是首个重复探测到的快速射电暴,这次的意义在于,说明快速射电暴发生后,其源头并没有被摧毁,为理解快速射电暴的起源提供了限制。

2018年探测到的一次,代号为FRB180814,距离地球15亿光年,这是第二个重复探测到的快速射电暴。进一步增加了可重复射电暴的置信度,也说明新投入运行的射电望远镜CHIME是非常出色的。

在2018年美国天文学会年会上发表的一篇论文中,研究人员透露,他们已经追踪到唯一已知的快速射电暴FRB 121102,追踪到一个遥远矮星系的恒星形成区域,他们的数据表明它可能是由一颗中子星发射的。

在对这么多的观察分析后,科学家得出这样的结论,神秘的射电暴大多来自黑洞和中子星处,宇宙只有上述区域才会有这种发射的情况。

这都得从它们的源头–恒星说起。恒星的一生,经过星云聚集–产生原始恒星–内部开始燃烧(产生核聚变)成为真正的恒星–膨胀成为红巨星–超新星爆发。超新星爆发,是它生命的一个灿烂的结尾。大于8倍太阳质量的恒星,才有可能产生超新星爆发,而形成中子星或黑洞。

超新星爆发是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸都极其明亮,过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系,并可持续几周至几个月才会逐渐衰减变为不可见。在这段期间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相媲美 。超新星是星系引力波潜在的强大来源。

当恒星内部坍缩,坍缩物质的原子与原子之间的空间也被大大地压缩了。正常原子间,有电子在空旷的外围空间绕原子核(质子和中子)旋转,但此时,巨大的压力把电子压缩到了原子核内部,与质子结合,变成了中子,这样整个原子里面就仅存中子了。所以,这种星体被称作中子星。

中子星是一颗坍缩的恒星,密度非常大。一块方糖大小的中子星物质,其重量相当于珠穆朗玛峰。

在今年一月份,天文学家又接收到了一个快速射电暴,编号为FRB 121102。通过分析发现,它的来源是位于御夫座的一个矮星系。

直到最近的一项新研究,天文学家终于确定了FRB 121102是来自24亿光年之外的一颗新形成的中子星——其直径仅为20公里,但密度极高。

由荷兰射电天文研究所的Cees Bassa博士率领的研究团队利用哈勃太空望远镜研究了这个小型星系,并发现了此前未见过的细节。科学家表示,哈勃望远镜的观测获得了非常清晰的图像。图像显示有一个非常明亮的恒星诞生地,这个快速射电暴就从其中爆发出来。

同时,由日本东北大学的天文学家Mitsuru Kokubo率领的研究团队,使用位于夏威夷的8.2米昴星团望远镜也对这个星系进行了观测。

哈勃和昴星团望远镜的图像显示,这个恒星摇篮位于矮星系的“郊区”。这个矮星系的可见直径约为2万光年,是银河系的六分之一。该恒星摇篮距离星系中心6200光年,其跨度为4400光年,远大于我们银河系中已知的恒星摇篮。

许多天文学家已经支持这个解释,因为短暂的爆发时间表明其来源肯定很小,不会是大型天体。中子星完全符合这一特征,并且年轻、快速旋转的中子星有足够的能量来释放出快速射电暴。在恒星摇篮中会形成一些大质量恒星(比我们的太阳大),它们的寿命非常短暂,很快耗尽燃料,最终就有可能坍缩成中子星。

当更大质量的恒星内部坍缩时,产生了更大的压力。原子间的空间被进一步压缩,不仅质子和电子结合成中子,并且中子和中子之间,也产生了一些至今还不为人知的过程,并产生了巨大的爆炸。这时,产生了一个异常致密的天体:黑洞。它是时间和空间的终结者。在它的周围,“视界”之内,所有的物体都会被吞噬,时间也变慢了……

2016年年初,激光干涉引力波天文台(LIGO)发现产生引力波的是“原始黑洞”碰撞,而且这种黑洞碰撞也产生快速射电暴。

这次发现快速射电暴信号的,是加拿大的一个名为CHIME的射电望远镜。那么,什么是射电望远镜呢?

射电望远镜(radio telescope)是指观测和研究来自天体的射电波的基本设备,可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量[1]。20世纪60年代天文学取得了四项非常重要的发现:脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子,被称为“四大发现”。这四项发现都与射电望远镜有关。

20世纪物理学的发展宣称可见光只是电磁波的一种,之前所有的努力都是在可见光波段,那么是不是可能用电磁波来观测宇宙呢?

1931年,美国贝尔实验室里无线电工程师卡尔·央斯基在监测电话干扰信号时发现,有一种无线秒就出现峰值,仔细分析后,他断言:这是来自银河系中射电辐射。

1937年,美国人雷伯在自家后院建成了世界上第一台射电望远镜,1939年,雷伯接收到了来自银河系中心的无线电波,并且根据观测结果绘制了第一张射电天图,射电天文学从此诞生。

和光学望远镜不同的是,射电望远镜已经不能叫望远镜了,因为我们的肉眼是看不到电磁波的,应该说“听”比较合适,如果说光学显微镜使千里眼,那么射电望远镜就是顺风耳。

脉冲星、类星体、行星有机分子都通过射电望远镜发现了,通过射电望远镜我们逐步看到了更绚丽的宇宙。

CHIME望远镜位于加拿大英属哥伦比亚省的彭蒂克顿郊外,由4台百米长的半圆柱形反射面板组成,负责巡视整个北半天。它的设计任务主要是给80亿至100亿年前的宇宙黎明“绘图”。那时候,宇宙中还没有现在这么多星星,星系间充满了中性氢。这台落成不到1年半的新望远镜尚未把灵敏度调到极限,未来可期。火力全开后,CHIME没准一天就能探测到几十个快速射电暴。

目前,看起来形成任何一种结论还都为时尚早。FRB(快速射电暴)到底是中子星和黑洞产生的,还是外星文明发来?在没有拿到确凿的证据之前,科学家们是不能下结论的。在星球君接触到的天文科学工作者们看来,他们不承认这次一定是外星人,但也没有否认外星文明的可能。让我们继续关注,持续探索,相信在有生之年,会有一个明确的答案!