Unsolved Report
宇宙与天文

快速射电暴:一道我们至今解释不了的闪光

短短几千分之一秒,一次快速射电暴就把太阳三天的能量倾倒在地球上。我们已经捕捉到几千次。可我们仍然说不清,到底是什么点燃了它们。

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此刻,就在你读这句话的时候,一道射电波正打在地球上。它会在几千分之一秒内消失。在那一眨眼里,黑暗深处的某个天体,刚刚释放出太阳整整三天才能倾泻而出的全部能量。这种事,一天要发生好几千次。我们已经捕捉到了几千道这样的闪光。可我们至今说不清,到底是什么造出了它们。这不是夸张的修辞——这就是天文学家口中真真切切、尚未破解的快速射电暴之谜。

Observation of the first detected fast radio burst as described by Lorimer et al. (2007). Note that this is the brighte…
Observation of the first detected fast radio burst as described by Lorimer et al. (2007). Note that this is the brightest detection. In the… — Wikimedia Commons, Psr1909 (CC BY-SA 4.0)

我们真正知道的

先从那道闪光本身说起。快速射电暴(FRB)是一束来去匆匆的射电波,持续时间从不到一毫秒的一瞬,到几秒不等——它由某种高能过程喷发而出,而用已发表文献那句干巴巴的原话来说,这个过程「至今仍未被理解」(Science,2022)。那些数字简直离谱。在一毫秒里,一次普通的快速射电暴抛出的能量,约等于太阳辐射三天的总和。可这道信号爬过几十亿光年来到我们这里之后,落地时竟比从月球上打电话回家的一部手机还要微弱(维基百科综述,引用 Petroff、Hessels 与 Lorimer)。

我们究竟是怎么发现头一道闪光的,这事本身就透着古怪。它不是被现场抓到的,而是从一堆旧档案里翻出来的。第一道快速射电暴——编号 FRB 010724,如今以「洛里默暴」之名声名远扬——其实早在 2001 年 7 月 24 日就击中了澳大利亚的帕克斯射电望远镜。然后它就那么躺着,无人察觉,整整六年。它在 2007 年才浮出水面,全因西弗吉尼亚大学的邓肯·洛里默把翻查旧数据这桩枯燥活儿,交给了他的学生大卫·纳尔凯维奇(Science,2022)。他们翻出来的东西,乍一看亮得像一颗近处的脉冲星——可一算账,它的距离却约莫远了一百万倍。这道反差只说明一件事:一种从没有人见过的、全新的宇宙天体。

那么,从一道早已消失的闪光里,我们到底怎么量出这么远的距离?因为这暴会留下指纹。它朝我们飞奔而来时,频率较高的波会稍稍抢在频率较低的波前面,因为太空里那层稀薄的自由电子薄雾,会拖住波长更长的波。路上的电子越多,这道时滞就越大。这道时滞叫做色散量,它就像一台宇宙里程表,读出的是横亘在我们与源头之间、层层叠叠的电离气体(维基百科综述)。

有好些年,快速射电暴都只是罕见的稀奇货。后来,加拿大的 CHIME 望远镜把这股细流变成了洪水。它的头一份星表,一年之内就记下了 536 次暴(MIT News,2021)。它的第二份星表,覆盖 2018 到 2023 年,列出了惊人的来自 3641 个独立源的 4539 次暴——其中包括来自 83 个已确认重复源的 981 次暴(第二份 CHIME/FRB 星表,ApJS)。把最后这句再读一遍,因为它藏着整个领域的全部戏剧性:绝大多数快速射电暴只闪一次就永远消失,再也听不见半点回响。而一小撮顽固的家伙,会回来。

终于有两项发现,把这扇门撬开了一道缝。第一项来自 2020 年 4 月,当时 CHIME 和 STARE2 仪器捕捉到一次明亮的毫秒级暴——FRB 200428——这一回,它们能够直接指向那个肇事者:SGR 1935+2154,一颗磁星,一颗坐落在我们自家银河系里、距此约三万光年的超强磁场中子星。这是有史以来第一次,把一道快速射电暴追溯到一个已知天体(Nature,2020Nature Astronomy,2021)。一夜之间,我们手里至少有了一台有名有姓的引擎。

第二项发现,则以另一种方式彻底翻转了剧本:快速射电暴竟然有用。把那些已被精确定位的暴的色散量,跟它们老家星系的距离一一对上,天文学家用所谓的麦夸特关系,给普通物质做了一次直接的人口普查——他们清点出了宇宙预期重子物质的约 83%,靠的正是逮住那些稀薄铺散在星系之间虚空里的气体,从而帮忙破解了悬而未决的「丢失重子」难题(IOPscience,ApJL 2022)。如今的距离冠军 FRB 20220610A,由澳大利亚的 ASKAP 阵列于 2022 年 6 月 10 日发现。它的光已经走了约 80 亿年,看起来来自一小团正在并合的星系(加州大学圣克鲁兹分校新闻,2023)。我们现在已经能用这些闪光来给宇宙称重。可我们仍然说不清,是什么点亮了它们。

Hunting for the neighborhoods of enigmatic, fast radio bursts (FRBs), astronomers using the NASA/ESA Hubble Space Teles…
Hunting for the neighborhoods of enigmatic, fast radio bursts (FRBs), astronomers using the NASA/ESA Hubble Space Telescope tracked four of… — Wikimedia Commons, NASA, ESA, A. Mannings (UC Santa Cruz), W. Fong (Northwestern), A. Pa… (CC BY 4.0)

没人能回答的那个问题

问题就在这儿,而且是个尖锐的难题。我们知道磁星造出快速射电暴。可我们并不知道所有快速射电暴都来自磁星——而且有那么几项发现,死活不肯乖乖归队。

先看第一项:某些重复源是守着时刻表来的。重复源 FRB 20180916B 在一个每 16.35 天就转回来的时间窗里喷发它的暴,而 FRB 121102 则呈现出一个约 157 天的尝试性周期(Nature,2020MNRAS,2020)。一座这么干净利落的钟,闻起来就像是一条轨道,或者一种缓慢沉重的自转——而不是一颗孤零零、刚刚诞生的磁星单凭自己就能交出来的东西。

然后还有其中一个源住在哪儿的问题。重复源 FRB 20200120E 被追溯到邻近星系 M81 里的一个球状星团——而球状星团是古老的地方,挤满了年迈、长燃不熄的恒星。这对那套最受宠的说法是个实打实的麻烦,那套说法主张:造出快速射电暴的磁星都是年轻天体,是最近才在核坍缩超新星里诞生的(Nature,2022)。一个古老的街区,恰恰是你最不该指望找到新生儿的地方。

而这个领域还在不停地投出曲线球。2026 年 3 月,研究者公布了 FRB 20250316A——绰号「RBFLOAT」,意为「有史以来最亮的射电闪光」——并把它锁定在星系 NGC 4141 的外缘,仅仅 1.3 亿光年之遥。它没有重复。领衔的研究者说,它「为我们重新考虑其中至少一部分暴更具『爆发性』的起源,打开了一扇门」(ScienceDaily,2026)。这一项非常新鲜,随着其他科学家把它逐一拆解,我们对它的解读很可能还会改变。

这就把那个真正的问题留了下来,而它并不是「某一道快速射电暴是什么?」。它要大得多:快速射电暴究竟是一种现象、一台引擎——还是一整个家族、各不相同的宇宙事件,只是碰巧在打在我们射电天线上时看起来一模一样?截至 2026 年年中,没人能回答这个问题。案子敞开着,悬而未决。

嫌疑人(全都尚未定罪)

下面写的一切都是猜测——是科学家仍在检验的工作假说,不是已成定论的答案。请照这个意思来读。

磁星,领跑的头号种子

当下最被看好的想法,把磁星推为那台引擎:噼啪作响、震颤不止、磁场强到离谱的恒星,把快速射电暴猛地甩出来——要么是从表面撕裂而出的剧烈耀发,要么是猛撞进周围气体的激波。那次银河系内的探测,是摆在桌面上最有力的一张牌(Nature,2020)。那个怎么也争不出结果的问题是:磁星到底能不能同时解释那些罕见、刺眼、一闪即逝的暴——还是说,它只能解释重复源。

成双成对、相撞与大灾变

那些节拍稳如节拍器的重复源,简直是在求着我们去套一个模型:一颗中子星绕着一个伴星打转——可能是另一颗中子星、一颗白矮星、或者一颗块头很大的恒星——于是那个节律,其实就是一条轨道在滴答走过。至于那些不重复的暴,致密天体的并合与坍缩也被抛出来当解释(arXiv 预印本,2020——标注为预印本)。而那个球状星团里的源则暗示着,一颗磁星是以某种古怪方式诞生的——也许是一颗白矮星自己塌陷了进去,也许是两具恒星残骸熔成了一体(Nature,2022)。

那些真正离奇的点子

在猜测的最边缘,文献里飘着「闪暴星」(一颗自转的中子星坍缩成黑洞)、宇宙弦,以及一团团正在衰变的暗物质(维基百科综述)。这些都牢牢待在少数派意见的地界里。

还有,没错——那外星人呢?

干脆把话挑明,然后就翻篇:那些发现并研究快速射电暴的科学家,并不倾向于人造起源,也没有任何证据指向那个方向。光是数量本身——一天好几千次,撒满整片天空——再加上那些天然的能量特征,全都与寻常的天体物理学严丝合缝。我们提它,只是为了把它放下。

而这恰恰就是这些闪光让人挪不开眼睛的原因。我们已经把快速射电暴测量得足够精确,精确到能给宇宙里藏起来的气体称重——可我们却仍然没法彻底解释,是什么点燃了它们。这道裂缝,横在我们能的东西与我们能的东西之间,就是这整个谜团本身。它依然敞开着、悬而未决,就在外面某处的黑暗里,一天闪上好几千次,而我们还在守望,还在追问:另一头,究竟是什么。

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资料来源与延伸阅读

  • E. Petroff 等,《快速射电暴的发现及其科学潜力》,《Science》(2022):https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj3043
  • 「快速射电暴」综述,《维基百科》(引用同行评审综述):https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_radio_burst
  • CHIME/FRB 合作组,《来自一颗银河系磁星的明亮毫秒级射电暴》,《Nature》(2020):https://www.nature.com/articles/s41586-020-2872-x
  • 《第二份 CHIME/FRB 快速射电暴星表》,《ApJS》:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ae3828
  • 《来自一个快速射电暴源的周期性活动》,《Nature》(2020):https://www.nature.com/articles/s41586-020-2398-2
  • 《球状星团中的一个重复快速射电暴源》,《Nature》(2022):https://www.nature.com/articles/s41586-021-04354-w
  • 《用已定位的快速射电暴……寻找丢失的重子》,《ApJL》:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aca145
  • 《破纪录的快速射电暴是迄今探测到的最遥远者》,《加州大学圣克鲁兹分校新闻》(2023):https://news.ucsc.edu/2023/10/distant-radio-burst/
  • 《有史以来最亮快速射电暴(FRB 20250316A)的源头》,《ScienceDaily》(2026):https://www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260315004348.htm

Sources & further reading

  • https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj3043
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_radio_burst
  • https://www.nature.com/articles/s41586-020-2872-x
  • https://www.nature.com/articles/s41550-020-01246-3
  • https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ae3828
  • https://news.mit.edu/2021/chime-telescope-fast-radio-bursts-0609
  • https://www.nature.com/articles/s41586-020-2398-2
  • https://academic.oup.com/mnras/article/495/4/3551/5840547
  • https://www.nature.com/articles/s41586-021-04354-w
  • https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aca145
  • https://news.ucsc.edu/2023/10/distant-radio-burst/
  • https://www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260315004348.htm
  • https://arxiv.org/pdf/2002.10478
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