天文学家探测到的迄今距离最近、亮度最高的快速射电暴

这些短暂而耀眼的信号来源未知。但科学家们现在有机会以前所未有的细节研究一次快速射电暴（FRB）。一个包括麻省理工学院物理学家在内的国际科学家团队，在地球约1.3亿光年外的大熊座探测到了一个邻近且超亮的快速射电暴。这是迄今为止探测到的最接近地球的快速射电暴之一，也是最亮的——其亮度之高使其获得了非正式称号“RBFLOAT”，意为“有史以来最亮的射电闪光”。

这次爆发的亮度加之其邻近性，让科学家得以最接近地观察快速射电暴及其产生的环境。

“从宇宙尺度上讲，这次快速射电暴就在我们的‘邻里’，”麻省理工学院物理学副教授、卡弗里天体物理与空间研究所成员清宫贤（Kiyoshi Masui）说。“这意味着我们有机会以极其精细的方式研究一个相当典型的快速射电暴。”

清宫贤及其同事于8月21日在《天体物理学杂志通讯》（Astrophysical Journal Letters）上报告了他们的发现。

多样化的爆发

此次探测的清晰度得益于加拿大氢强度测绘实验（CHIME）的重大升级。CHIME是一个位于不列颠哥伦比亚省的大型半管状天线阵列。该望远镜最初设计用于探测和绘制宇宙中氢的分布，同时也对超快且明亮的射电辐射敏感。自2018年开始观测以来，CHIME已探测到来自天空各部分的约4000次快速射电暴。但直到现在，该望远镜仍无法精确定位每次快速射电暴的位置。

CHIME最近在定位精度上获得了显著提升，这得益于CHIME辅助望远镜（CHIME Outriggers）——三个CHIME的微型版本，分别位于北美的不同位置。这些望远镜共同组成一个大陆尺度的系统，能够聚焦于CHIME探测到的任何明亮闪光，并以极高精度确定其在天空中的位置。

“想象一下，我们在纽约，而佛罗里达有一只萤火虫在千分之一秒内发出亮光——这通常是快速射电暴的持续时间，”麻省理工学院卡弗里研究所研究生Shion Andrew解释道。“将快速射电暴定位到其宿主星系的具体位置，就类似于不仅要弄清楚萤火虫来自哪棵树，还要确定它停在哪根树枝上。”

这次新的快速射电暴是结合CHIME和已建成的CHIME辅助望远镜进行的首次探测。该望远镜阵列共同识别了此次快速射电暴，不仅确定了其所在的特定星系，还确定了爆发源自该星系的哪个区域。爆发似乎源于星系的边缘，恰好位于一个恒星形成区之外。对快速射电暴的精确定位使科学家能够研究信号周围的环境，以寻找产生此类爆发的线索。

“随着我们以更精确的方式观测快速射电暴，我们更能看清它们来源环境的多样性，”麻省理工学院物理学博士后Adam Lanman说。

Lanman、Andrew和清宫贤均是CHIME合作项目的成员——该项目包括来自全球多个机构的科学家——并且是详细描述此次新快速射电暴发现论文的作者。

更年老的边缘

每个CHIME辅助站点都持续监测着与主CHIME阵列相同的天空区域。CHIME和辅助望远镜均在难以置信的超短毫秒级时间尺度上“聆听”射电闪光。即使在几分钟内，如此精密的监测也会产生海量数据。如果CHIME未探测到快速射电暴信号，辅助望远镜会自动删除最近40秒的数据，为下一轮测量腾出空间。

2025年3月16日，CHIME探测到一次超亮的射电辐射闪光，自动触发了CHIME辅助望远镜记录数据。最初，闪光如此明亮，以至于天文学家不确定它是一次快速射电暴，还是仅由地面事件（例如蜂窝通信爆发）引起。

随着CHIME辅助望远镜聚焦于这次闪光并将其位置精确定位于NGC4141星系——大熊座中一个距地球约1.3亿光年的螺旋星系，该星系恰巧惊人地接近我们的银河系——上述疑虑得以消除。此次探测是迄今为止探测到的最接近和最亮的快速射电暴之一。

对该区域的后续观测揭示，爆发源自一个活跃恒星形成区的边缘。虽然产生快速射电暴的来源仍是一个谜，但科学家的主流假说指向了磁星（magnetars）——具有极强磁场的年轻中子星，能够在整个电磁频谱（包括射电波段）释放高能耀斑。物理学家推测磁星存在于恒星形成区的中心，那里锻造着最年轻、最活跃的恒星。而这次新的快速射电暴的位置位于其宿主星系恒星形成区的边缘之外，可能表明爆发源是一颗略年老的磁星。

“这些目前主要是线索，”清宫贤说。“但这次爆发的精确定位让我们能够深入探究快速射电暴源的年龄细节。如果它位于恒星形成区正中央，那它可能只有几千岁——对恒星而言非常年轻。而这个位于边缘的源，可能有稍多时间演化成熟。”

未重复

除了精确定位新快速射电暴在天空中的位置外，科学家们还回溯了CHIME的数据，以查看过去在同一区域是否发生过类似的耀斑。自2007年首次发现快速射电暴以来，天文学家已探测到超过4000次射电闪光。这些爆发大部分是一次性的。但观察到有大约百分之几会重复出现，时不时地闪光。其中甚至更小一部分在熄灭前会以某种模式（如节奏性心跳般）重复闪光。围绕快速射电暴的一个核心问题是重复暴和非重复暴是否源于不同的起源。

科学家们梳理了CHIME六年的数据，结果一无所获：这次新的快速射电暴似乎是一次性的爆发，至少在过去的六年里没有重复。鉴于此次爆发的邻近性，这一发现尤其令人兴奋。因为它如此接近且如此明亮，科学家可以探测爆发内部及周围的环境，以寻找可能产生非重复快速射电暴的线索。

“目前我们正处于这样一个故事的中段：重复和非重复快速射电暴是否不同。这些观测正在拼凑拼图的各个部分，”清宫贤说。

“有证据表明，并非所有快速射电暴的前身都是一样的，”Andrew补充道。“我们正迈向每年定位数百次快速射电暴的轨道。希望未来定位到其宿主环境的大量快速射电暴样本有助于揭示这些群体的全部多样性。”

CHIME辅助望远镜的建设由戈登和贝蒂·摩尔基金会（Gordon and Betty Moore Foundation）以及美国国家科学基金会资助。CHIME的建设由加拿大创新基金会以及魁北克省、安大略省和不列颠哥伦比亚省资助。