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快速无线电爆发是突然出现在遥远宇宙中的短暂而猛烈的无线电波爆发。持续时间很短，通常只有几毫秒，但它可以释放相当于太阳一整天释放的能量。

快速射电爆发是由射电望远镜探测到的来源不明的短暂闪光。尽管它们持续的时间不到一秒钟，但它们所含的能量却超过了我们的太阳几十万年来所释放的能量。到目前为止，只有11起FRB事件被证实，但天文学家认为，在可观测的宇宙中，每天都有数千起这样的爆发。然而，要找到它们，有必要仔细和谨慎地分析当前和存档的每日射电天文观测数据。

这些神秘事件中只有少数得到了决定性的证明，但是之前的观察几乎没有细节来揭示它们是如何发生的，甚至发生在哪里。这是普遍现象还是巧合？

一个小组目前正在研究距离地球30亿光年的FRB121102，这是唯一一个能探测到重复信号的快速无线电脉冲。科学家们发现，这种信号是在强磁场环境中产生的，而且这种强磁场只在银河系中心附近的一颗中子星附近被探测到，它离银河系中心的超大质量黑洞非常近。研究小组认为，FRB来自一颗年轻、快速旋转、高度磁化的中子星，也称为磁星，它很可能围绕一个巨大的黑洞旋转。这项发现发表在1月11日的《自然》杂志上。

“有史以来第一次，我们对30亿光年之外的无线电爆发发生的环境有了一些了解。”该论文的合著者，康奈尔大学的沙迈克尔特吉说。“我们意识到这是两个极其奇怪的天体的叠加效应:我们需要一颗前所未有的磁性恒星，我们需要把它放在一个巨大的黑洞旁边。但在我们的银河系中有这样的例子。”然而，天文学家们还没有发现银河系中心附近的磁性恒星发出FRB。目前观察到的FRB来源通常非常遥远。

FRB来自哪里？

FRB信号的非常特殊的性质证明它们确实离我们非常远。当它们发射的无线电波穿过充满恒星和星系之间的气体云和电子时，就显得分散了。分散的程度与他们离我们的距离成正比。这表明FRB可以作为探测宇宙结构的最佳工具。研究人员不仅能知道某个FRB源离我们有多远，还能知道有多少星际和银河物质从无线电源传递给我们。但是为了更深入地理解它，天文学家需要知道FRB是如何产生的。这是一种常见现象还是科学家检测到重复的FRB121102信号的特殊情况？

为了解开这个谜团，该小组花了几个月的时间来监测FRB121102的周期性信号。他们使用了世界上最大的两台射电望远镜，波多黎各的阿雷西博望远镜和西弗吉尼亚的绿色海岸望远镜。

FRB121102的周期信号不是一个有规律的变化，相反，它的信号是间歇性的，至今还不能实现准确的预测。该小组最终捕获并分析了16起疫情。每次探测到爆发的持续时间从9毫秒到30毫秒不等，表明射电源的直径可能是10公里，这正是典型的中子星直径刻度。

除了注意无线电脉冲的持续时间和分散程度，研究人员还测量了它们的极化特性，即无线电脉冲发射的电磁波在垂直于传播方向的方向上的振动方向，例如上下或左右。当偏振光通过强磁场和带电粒子时，它的偏振方向将随着传播螺旋而旋转。带电粒子越多或磁场强度越大，极化方向旋转越强。正是这种效应使研究人员确认无线电源处于强磁场中。

一项发现差一点被错过

不明显的是，这种反复出现的无线电脉冲是在一个极端的环境中。10月，也就是西摩在阿雷西博望远镜上探测到第一个信号的10个月之后，阿姆斯特丹大学的杰森·黑塞尔斯和他的学生丹尼尔·米基里分析了观测数据。他们试图确定发射源附近是否有强磁场。如果有强磁场，它会改变电磁波的极化。这种效应也称为法拉第旋转。但是他们什么也没发现。

但海瑟尔斯有一个想法:“是不是因为这种影响太大，我们忽略了它？”他们以一个小的偏差开始了他们的搜索。如果他们扩大了搜索范围呢？他让张爽提高他正在寻找的参数，“尝试一些疯狂的数字，”张爽说。他们把参数放大了5倍，这是一种“幼稚”的行为，因为他们以前从未遇到过这么高的值。

当米切利的笔记本显示出最新的数据图表时，赫塞尔立即意识到电磁波一定穿过了一个非常强的磁场。“当时我很震惊。我没想到在这次事件中会看到如此强烈的法拉第旋转效应。”他说。这种情况在脉冲星和磁星的探测中从未遇到过。他接着说，“当时我很惭愧，因为我们在如此重要的数据面前坐了几个月，但我们没有想到问题的突破如此简单。”

测量结果表明，FRB121102的偏振旋转效应非常大，经过FRB 121102的电磁场相当于目前观测到的电磁场最强的天体源。旋转的程度也在迅速变化，在大约半年的时间里减少了大约10%。不管是什么天体发出的无线电波爆发，它一定是一个被致密磁化等离子云(高温电离气体)包围的高速致密天体。

“等离子镜头”增加亮度？

“我们现在能理解极端环境与频响带之间的关系吗？频响带是唯一能观察到重复信号的频响带。”这篇论文的共同作者，阿姆斯特丹大学的杰森·埃塞尔斯提出了这个问题。"也许极端环境可以像放大镜一样放大射电爆发的亮度."该结构可以是由高密度等离子体形成的团块，其在围绕FRB发射源的气体云中连续移动。因此，尽管电磁波是连续发射的，“等离子体透镜”可以间歇地放大这个信号，从而产生我们观察到的重复的无线电脉冲。如果没有这种放大效应，对射电爆发的重复观测将很难解释，因为信号如此强烈，以至于许多模型表明它的来源必须被完全摧毁，例如，两颗中子星碰撞产生的能量将导致这种爆发。

科学家首次对FRB121102的性质有一个肤浅的了解可以追溯到2017年，当时人们认为这个奇怪的FRB与距离地球30亿光年的一个矮星系有关，那里诞生了许多恒星。这种矮星系富含原始气体，自大爆炸以来没有发生变化，更有可能形成大而短命的恒星，最终形成非常壮观和强烈的超新星爆炸。爆炸留下的碎片可能是恒星质量的黑洞、普通的中子星或磁星。更重要的是，当天文学家扩大他们的视野来观察矮星系中FRB的位置时，他们发现附近有一个等离子云发出更弱、更稳定的电磁波信号，这可能是由磁星开始时经历的超新星爆炸或吞噬物质的黑洞造成的。然而，当时没有人知道FRB是否与这个等离子云有明确的联系，最新的研究证实FRB就在这个云中。

康奈尔大学的合著者JimCordes说:“去年，源代码的定位直接改变了游戏规则。他说:「最新的研究结果对食物残渣及其环境作了更深入的研究。我们称能够产生这些高能无线电脉冲的环境为“引擎”。Cordes和其他合著者说，这个惊人的引擎很可能是一颗不到一个世纪的磁性恒星，与我们银河系中已经形成了几千年的已知恒星相比，它相当年轻。这样年轻的磁性恒星应该高速旋转。旋转只需要一毫秒，但它的角动量也会迅速减少，因为它的旋转磁场会将其大部分能量释放到它周围膨胀的等离子体壳中，这是超新星爆炸的残留物。

两种猜测

“当磁性恒星旋转时，它的磁场也会改变。这个磁场如此之强，以至于它会和铁磁性外壳一起旋转，然后外壳会爆炸，产生恒星地震和耀斑，向周围活跃的星云释放能量。”科迪斯说，“这是其中一种可能性。”另一种可能性是，一颗磁性恒星围绕着一个吞噬周围气体和尘埃的巨大黑洞旋转。在这种情况下，磁星会周期性地穿过吸积盘和黑洞周围的粒子喷流，它的强磁场会驱使这些物质高速运动。在这两种情况下，都会产生能够检测重复信号的FRB。如果FRB121102的偏振振幅继续下降(半年内观察到10%的下降)，这将表明它周围的星云正在缓慢膨胀和耗尽，更支持第一种解释。如果它周围有连续的磁场振荡，这将更符合黑洞附近的解释。

尽管这些结果对解决FRB121102的难题非常有帮助，但是科学家们仍然无力解决一个更大的难题:所有的FRB都是由同一个天体源产生的吗？所有的联邦储备银行都有重复的信号吗？“这是一个“先天和后天”的问题，”查特吉说。“是FRB都起源于这样的极端环境，还是后天产生的极端环境，在这样的环境中，强磁场和等离子透镜能使它反复发出信号？所有可能性都是开放的。”

很快会有更多的答案。新的大视场射电望远镜将很快投入使用，并且可以探测到更多的FRB信号，这样我们就可以清楚地了解它们的宇宙起源和重复机制。其中一个非常特殊的项目叫做“谐音”(加拿大的一个项目)。该项目将在今年晚些时候运行，届时天文学家将每天探测到几个到几十个FRB，给我们带来了更接近宇宙中FRB之谜真实本质的希望。

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