来自太空的神秘无线电信号每16天闪现一次——天文学家正密切关注

太空
A Mysterious Radio Signal from Space Is Ticking Every 16 Days — And Astronomers Are Listening Closely
天文学家探测到一种来自太空的神秘无线电信号,其重复周期为16.35天。这种模式——即每16天中在为期四天的活跃窗口内出现短暂的快速射电暴(FRB)——是在重复性快速射电暴中观察到的首个可靠周期性规律,目前正重塑有关其起源的理论。

在通常被火箭发射和预算争夺占据头条的寒冷二月,射电天文学家宣布了一些更为寂静且令人不安的消息:一个来自太空的神秘射电信号正以精确的 16.35 天为周期重复。这些脉冲并非持续的嘀嗒声,而是成簇的快速射电暴(FRB)——短暂而强烈的射电能量闪烁。这些闪烁在约四天的时间里大约每小时出现一次,随后在接下来的 12 天里陷入沉寂,并准时再次出现。这些由 Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment/FRB Project(CHIME/FRB)在 2018 年 9 月至 2019 年 10 月期间累积的探测数据,将信号源指向了一个距离地球约 5 亿光年的星系。

核心所在:为何天空中的 16 天时钟至关重要

宇宙时钟:神秘太空射电信号呈现 16.35 天律动

观测的时间线清晰而顽固。在为期 13 个月的观测窗口内,CHIME/FRB 协作组在同一天空位置记录到了重复的短促爆发。统计分析揭示了 16.35 天的周期性:在每个周期内,信号源活跃期约为四天,在该活跃窗口内平均每小时探测到约一次爆发,随后保持约 12 天的沉寂。该团队在一份经过审核但尚未完成全面同行评审的预印本中报告了这一发现。由于 CHIME 每天都会扫描大片北天球,它在发现和测量这种节奏方面具有独特的优势。

天文学家如何追踪并确认 16 天周期的重复太空信号

值得强调的是,这一发现并不意味着什么。数据集覆盖了多个周期,但并非无穷无尽,预印本形式意味着科学界将继续测试其稳健性、潜在的选择效应,以及爆发率或活跃窗口是否会发生细微变化。尽管如此,这种节奏已经清晰到足以发挥作用:望远镜现在知道了何时该对准目标,以及何时未探测到信号代表真正的零结果,而非时机不当。

两种主流解释:联星伴星或进动中子星

16 天的时钟立即缩小了可行物理模型的范围。一类流行的模型认为,一个高度磁化的中子星——即磁星(magnetar)——处于一个双星系统中。在这种情境下,由于几何原因(扫过地球的活跃辐射锥)、伴星恒星风中变化的吸收作用,或是由于与伴星的相互作用在偏心轨道的某些部分触发了辐射,排放可能仅在轨道的一部分时间内可见。对于包含大质量伴星的宽阔偏心双星系统来说,16 天的轨道周期是合理的。

另一种解释是发射源本身在进动:想象一个摇摆的旋转陀螺,其束流逐渐指向或远离地球,当束流穿过我们的视线时产生一个活跃窗口。进动可以由中子星内部应力、来自伴星的潮汐力或恒星的磁几何结构驱动。这两种解释都能自然地对应到重复 FRB 的观测特征:来自具有强磁场的紧凑天体的短暂、明亮脉冲,并在更长的时间尺度上受到外部或几何因素的调节。

为何“外星人”头条仍是不严谨的科学

当来自深空的神秘周期性信号抵达时,大众的想象力往往会信马由缰——这不无道理。但科学家们直言不讳:FRB 涉及的能量极其巨大,在河外距离上重复产生这种能量,并非任何文明在不留下更轻微线索的情况下所能进行的工程。包括 Massachusetts Institute of Technology 团队在内的研究人员强调,最简单的自然天体物理学解释远比任何技术信号假设更具可能性。简而言之,周期性 FRB 是高能天体物理学中一个令人兴奋的谜题,而不是星际文明规划者的秘密留言板。

欧洲能够——且应当——在后续观测中贡献什么

这一发现是广域射电监测的胜利,但要将测得的节奏转化为详细的理论,需要全波段的协调后续观测。从大型单口径望远镜到干涉仪阵列和甚长基线网络,欧洲的设施已准备好提供帮助:它们提供互补的频段覆盖、更高的空间分辨率,以及将信号源精确定位在其宿主星系和局部环境内所需的 VLBI 基础设施。德国的射电天文学界在快速后续观测和仪器开发方面拥有丰富经验,如果团队希望在数个预定的活跃窗口内观察该信号源,这将起到决定性作用。

此外还涉及政策层面。欧洲的资助机制已明确表示要建立暂现源天文学的观测能力,但协调工作——谁获得观测时间、哪些仪器承诺给哪个团队、数据如何共享——至关重要。16 天的时钟为调度员提供了可预测性,这应该使得在已知的活跃窗口期间锁定观测时间块变得更加容易,而不是仓促地争取机会观测(ToO)时间。尽管如此,国家天文台、欧洲设施和多国协作组之间的机构博弈将决定该信号源揭开秘密的速度。

后续关注点

预计在未来的活跃窗口期间将会出现密集的定向观测。天文学家将寻找其他波段的相关联辐射、暗示轨道运动的细微时间漂移,以及跨周期的爆发特性的任何变化。如果能将持久的射电源或光学对应体与这些爆发联系起来,将为局部环境提供直接线索——即该源是位于恒星形成的密集区、超新星遗迹,还是较为平静的星系旋臂中。

更广泛地说,这一结果迫使理论家做出更精确的预测:如果信号是轨道运动产生的,那么伴星是大质量天体还是紧凑天体?如果是进动,这种摇摆有多稳定?对观测者而言至关重要的一点是:这种周期性使得该信号源成为少数可以刻意安排计划进行观测,而非全凭运气撞见的稀有暂现源之一。

所以,是的,太空确实发出了一个每 16 天重复一次的神秘射电信号——宇宙难得地为天文学家提供了一份“日程表”。这将需要协调一致的观测、一些精妙的论证,或许还需要那种我虽不情愿但深感佩服的顽强的德国工程式严谨,才能将这个跳动的射电源从谜题转化为机制。目前,宇宙已经设定了闹钟;问题是谁会醒来听它响起。

来源

  • Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) / CHIME/FRB 协作组 (报告 16.35 天周期性的 arXiv 预印本)
  • Massachusetts Institute of Technology (关于能量尺度和自然起源的公开声明)
Mattias Risberg

Mattias Risberg

Cologne-based science & technology reporter tracking semiconductors, space policy and data-driven investigations.

University of Cologne (Universität zu Köln) • Cologne, Germany

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Readers Questions Answered

Q 那个每16天重复一次的神秘太空无线电信号是什么?
A 这一神秘无线电信号是 FRB 180916.J0158+65,也称为 FRB 20180916B。它是一个来自5亿光年外星系的快速射电暴 (FRB),每16.35天重复一次。它在四天内发出爆发信号,然后保持沉默12天,之后再次循环。这是首次探测到具有此类周期性的快速射电暴,由加拿大氢强度测绘实验 (CHIME) 在2018年9月至2019年10月期间观测到。
Q 什么是快速射电暴?为什么有些会以16天的周期重复?
A 快速射电暴 (FRBs) 是来自遥远星系的强烈、毫秒级的无线电波发射,其起源尚不清楚。有些像 FRB 180916.J0158+65 一样以16天的周期重复,这可能是由于绕黑洞运行产生的周期性调制、恒星风干扰信号或内在的爆发产生机制。最近利用低频观测进行的研究已经排除了超新星遗迹或气云等环境因素导致活跃与休眠阶段的可能性。
Q 周期为16天的信号可能来自外星文明还是自然源?
A 16天周期信号可能源于自然资源,例如绕黑洞运行的中子星或磁星,或者受恒星风的影响,正如对 FRB 180916.J0158+65 的研究所提出的。外星文明起源论缺乏证据支持,因为该信号符合已知快速射电暴的特征,且缺乏人工模式。科学共识倾向于天体物理学解释,而非地外智能。
Q 天文学家如何追踪和确认周期为16天的重复太空信号?
A 天文学家使用像 CHIME 这样的射电望远镜追踪16天重复信号,在数月内监测多个周期,正如2018年至2019年对 FRB 180916.J0158+65 所做的那样。确认过程包括检测一致的周期性(例如28个模式),并利用 Westerbork/Apertif 和 LOFAR 等低频多望远镜观测来排除其他可能性。存档数据和协调的全球观测可以精确地细化周期。
Q 宇宙中其他地方是否也观测到了具有16天周期的太空信号?
A 具有16天周期的 FRB 180916.J0158+65 是观测到的第一个也是主要的案例,位于5亿光年之外。根据现有数据,宇宙中尚未报道过具有相同16天重复周期的其他太空信号。虽然存在其他周期性快速射电暴或长周期瞬变现象,但它们的周期不同,例如21分钟或数小时。

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