我们终于知道是什么造成了快速无线电爆发

今天，研究人员宣布，他们已经解决了过去十年来困扰他们的一个问题：究竟是什么产生了被称为快速射电爆发(FRB)的奇怪现象？顾名思义，FRB涉及到持续几微秒的射频辐射的突然爆发。直到2007年，我们才知道FRB的存在，但自那以后，我们已经将数百个FRB编目在册；有些来自反复发射它们的源头，而另一些似乎爆发了一次，然后消失了。

显然，你可以通过破坏某些东西来产生这种突如其来的能量激增。但重复来源的存在表明，至少其中一些来源是由幸存于事件中的物体产生的。这导致了对致密天体的关注，比如中子星和黑洞，一类被称为磁星的中子星被非常可疑地看待。

这些怀疑现在已经得到证实，因为天文学家已经观察到我们银河系中的一颗磁星在发射高能伽马射线脉冲的同时发射出一颗FRB。这并没有回答我们所有的问题，因为我们仍然不确定FRBs是如何产生的，也不确定为什么只有部分来自这颗磁星的伽马射线爆发与FRB有关。但这一确认将让我们有机会更仔细地研究磁星的极端物理，因为我们试图了解到底发生了什么。

磁星是中子星的一种极端形式，中子星是一种已经以极端而闻名的天体。它们是一颗大质量恒星的坍塌核心，密度如此之高，以至于原子被挤出了存在，留下了旋转的中子和质子质量。它的质量大致等于太阳，但被压缩成半径约10公里的球体。中子星最出名的是为脉冲星提供能量，这些大质量天体可以在几毫秒内完成自转，从而迅速重复辐射爆发。

磁星是另一种极端类型。它们的旋转速度往往不会那么快，但却有很强的磁场。然而，我们不知道这些磁场是继承自一颗磁性极强的母星，还是由在中子星内部晃动的超导材料产生的。不管是什么来源，它们的强度大约是地球磁场的一万亿倍。它的强度足以扭曲原子中的电子轨道，有效地消除了任何以某种方式接近磁星的普通物质的化学成分。虽然强磁场的周期在磁场消散之前只持续几千年，但有足够的中子星来维持磁星的正常供应。

它们的磁场可以通过加速粒子或通过中子星内部物质移动驱动的磁扰来为高能事件提供动力。因此，磁星被认为是半规则地产生高能X射线和低能伽马射线，因此它们被命名为软伽马射线中继器，或SGR。在银河系中已经发现了其中的几个，包括SGR 1935+2154。

今年4月下旬，SGR 1935+2154进入活跃阶段，发射出多个高能光子脉冲，被环绕地球轨道的SWIFT天文台接收到。这是完全正常的。不正常的是，多个射电天文台在完全相同的时间接收到了一个FRB。

加拿大的氢强度测绘实验，或称CHINE，是一大组无线电天线，最初是为了其他原因而设计的，但后来证明对发现FRB很有帮助，因为它可以持续观察一大片天空条纹。SGR 1935+2154位于其视野的边缘，这意味着它的震源身份存在一些不确定性，但结果显然与FRB和伽马射线输出之间的关联一致。

而且，并不是只有小钟在看这部电影。瞬态天文射电发射调查2号(Stare2)也能够探测到同样的事件，尽管其团队是在发现斯威夫特观测到一颗活跃的磁星后才注意到这一事件的。因此，很明显，FRB的生产在某种程度上与SGR 1935+2154的伽马射线输出有关。

但值得注意的是，CHAME和STRE2都能够观测到来自SGR1935+2154的其他伽马射线爆发，而且他们没有看到任何FRB。CHINE指出，它曾有机会在2019年末观测到磁星的四次爆发，但没有从中看到任何东西。事实上，今天发布的这组论文中有一篇完全是针对FAST(500米口径球面射电望远镜，中国的一个巨型碟子)所做的观测不足而发表的。尽管FAST在4月份故意监测SGR1935+2154达8小时，但当FRB被观测到时，它并没有碰巧指向它--尽管其中一些观测是在高能辐射爆发期间进行的。

这些都清楚地表明，两件事中的一件正在发生。一个FRB需要一组条件，而这些条件只有在产生爆发的过程中很少出现，或者FRB实际上被发射到远离震源的地方，而不是向各个方向辐射的爆发。在后一种情况下，我们只会看到那些碰巧指向地球的行星。我们以前曾探测到银河系中磁星的射电辐射，但这些辐射的威力都要小得多。

还有一个问题是，这是否真的是我们一直在检测的那种FRB。根据它和其他天文现象的特性，Stare2研究小组发现，该事件显然最接近于FRB。但它并不完全与它们并驾齐驱，这主要是因为它的能量。研究小组计算出，该事件释放了大约1034erg(1027焦耳，或1011兆吨)。典型的FRB一开始的威力是它的100倍，然后大幅上升，最高可达10，43毫微克以上。

虽然这显然是令人信服的，而且很可能是理解FRB的一大步，但它的不确定性正好足以让天体物理学家继续争论一段时间。尽管如此，磁星可以产生看起来如此像FRB的东西，这一事实可能会对思维产生重大影响。

那么，为什么要把伽马射线爆发与FRB联系起来呢？自从我们了解FRB以来，磁星就一直是人们怀疑的对象，因此对于它们如何产生FRB，实际上已经有了相当多的理论模型。

这些模型在一定程度上是由爆炸的特性决定的。我们知道它们很常见，在破坏其源头的情况下不能生产，这一点从中继器的发现中得到了证实。从脉冲星到恒星毁灭产生的伽马射线爆发，这些已知物体的性质也为他们提供了信息。

这些型号是三种基本配置的变体。一种假设是，磁场将磁星附近的等离子体组织起来，形成了相当于激光的无线电效应，在辐射出去之前放大了它们的能量。另一种选择是，当磁场的变化导致带电粒子突然改变方向时，这些磁场会加速等离子体中的带电粒子，并发出辐射。最后一种替代方案是相对论冲击波，如果磁星将一些被磁场加速到极高速度的物质打碎，然后撞上物体附近的等离子体，随后的冲击波就会导致FRB，就可能发生这种情况。