这个关于太空神秘信号的研究或许会改变人类的宇宙观

2024-05-31 17:57   来源: 互联网    阅读次数:3041

层峦叠嶂,翠林如海。在我国贵州的大山之间,有一座恢宏大气的球面射电望远镜静静伫立。它带着人类对宇宙的好奇和期待,仰望星空,探寻光年之外的射电信号。

它就是FAST,更多时候我们习惯叫它“中国天眼”。作为当今世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜,FAST的直径达到了500米,相当于30个足球场那么大。这使得它能够在无线电波段搜索来自百亿光年之外的微弱信号。

5月15日下午,由杭州市科协推出的“科学榜YOUNG”青年talk show迎来了之江实验室研究员冯毅,他主要的研究领域——快速射电暴,也来自于FAST捕获的数据。

因在快速射电暴领域的重要贡献,冯毅获得了2023年度达摩院青橙奖、2022年度中国科学院杰出科技成就奖等荣誉,并入选了2023年度《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人。”

天文领域的“网红”

它的发现获得了邵逸夫天文学奖

什么是快速射电暴?

活动一开始,冯毅就给大家科普了这个并不常见的天文名词。

“顾名思义,‘快速’指的是它的持续时间非常非常短,大概只有千分之一秒,比人眨眼还要快200倍;‘射电’指的是它目前只在射电波段被观测到,这正是我们FAST所擅长的领域;‘暴’就是爆发,它的能量非常高,每次释放的能量可能比太阳一年释放的能量还要高,大概可以让人类使用一万亿年。”

人眨一下眼的时间约为300毫秒,而快速射电暴的持续时间只有几毫秒,这也注定了其极难被“捕捉”。

2007年,快速射电暴(FRB)首次被人类探测到,之后迅速成为全球天文科学家关注的焦点,可以说是天文领域的“网红”。它的发现还让美国和澳大利亚的三位科学家荣获了2023年邵逸夫天文学奖,“许多曾获得邵逸夫奖的科学家,后来也获得了诺贝尔奖,这也说明快速射电暴领域的研究是很有希望冲击诺贝尔物理学奖的。”冯毅告诉大家。

为什么研究快速射电暴让科学家们如此着迷?

这种宇宙中才会产生的极端爆炸,研究它的产生机制可能会对物理学和天文学产生革命性的影响。用冯毅的话说,“这是宇宙在帮人类创造天然的实验场所。”

来自宇宙深处的浪漫

起源至今成谜

然而,快速射电暴的起源和演化,至今仍然是一道难解之谜。在天文学领域,有大概50个关于快速射电暴起源的理论——这个数字曾一度大于人类观测到的快速射电暴的数量。

就拿人类较早观测到的FRB 121102来说,对于它的来源,科学家们提出了许多不同的猜测。它或许来自超新星爆发,或许来自互相作用的双星。甚至还有科学家猜测它是外星文明使用超强的脉冲辐射而来的。

直到2017年,FRB 121102才被定位下来。这之后,科学家们观测到它宿主星系的红移。基于这次发现,确定了快速射电暴来自宇宙深处。

这是快速射电暴的理解机制上的里程碑事件,这个快速射电暴源的定位被美国天文学会认为是自LIGO引力波探测之后天文学最重大的发现。

关于快速射电暴的研究还在继续……

2019年,中国天眼FAST发现了世界首例持续活跃重复暴FRB20190520B。“快速射电暴的命名一般是以它首次在人类的观测设备中出现的时间”,这个在520这样浪漫的日子被捕捉到的快速射电暴,就像一个宇宙送给天文学家的礼物。

冯毅戏称FRB20190520B为快速射电暴里的“卷王”,因为一般射电暴爆发之后都会有一段休息期,而FRB20190520B自其现身以来,对它的每次监测都有一个或多个望远镜探测到其爆发,也就是说它是一个“持续活跃的快速射电暴”。

非重复暴只发生一次,重复暴会发生很多次,人类可以反反复复观测到它的新的爆发,相对容易去跟踪和研究它“是什么”。重复暴的出现,让快速射电暴的研究不再是大海捞针,天文学家可以对特定目标持续检测,以捕获更多爆发数据。

宇宙中存在地外文明吗

《三体》红岸基地或将成为现实

“如果我们把宇宙比作海洋,那FAST就像深海钓竿,可以观测到很多来自遥远宇宙的暗弱信息。”冯毅这样向大家比喻。

活动的尾声,冯毅也引用了他很喜欢的科幻作品《三体》里的一句话,“整个宇宙将为你而闪烁”,虽然这句话讲的是宇宙微波背景辐射,但同样适用于快速射电暴。

除了快速射电暴,FAST还能捕捉到很多来自宇宙的讯息,冯毅给大家播放了一段仿照《洛神赋》拍摄的影像,画面中,磁场波纹荡漾、宛如河流,分子云点缀在其中,酝酿着新星的诞生。就像“三体”文明的讯息袭来时,叶文洁感慨道“宇宙不荒凉,宇宙不空旷,宇宙充满生机!”科学家们始终相信着,宇宙中的剧烈变化,最终都会产生微弱的回响。

在《三体》中有一个为了寻找地外高智慧文明而建设的红岸基地,冯毅透露,“现在《三体》IP红岸基地也在构建当中了,还在选址阶段,我希望能落地在杭州。”

“FAST有五个科学目标,其中一个就是搜寻地外文明”,面对大家的好奇,冯毅表达了自己的观点,“我相信宇宙中存在地外生命。”

“两暗一黑三起源。”这是天体物理领域的一句俗话,用来形容天文望远镜的科学使命。“两暗”是指暗物质和暗能量,“一黑”是黑洞,“三起源”则是天体、宇宙和生命的起源。

浩渺寰宇,繁星闪烁,这里面每时每刻都在发生奇妙的变化,也将产生无数新的科研成果。而中国天眼的出现,预示着中国天文已经从追赶走向了超越,未来,还会有哪些新的发现?在冯毅看来,这是可以充满期待的,“我们通过FAST的数据进行的研究,未来可能会改变人类的宇宙观”。

【科学小课堂】

除了快速射电暴

FAST还可以观测到哪些来自宇宙的信息?

·中性氢:探究宇宙起源之谜

作为宇宙中最古老、最简单、分布最广泛的成分,中性氢的研究既可以用来追溯宇宙演化历史,也可以用来研究星系物质分布、动力演化以及可能的暗物质分布。由于中性氢可以辐射出十分微弱但独特的射电辐射,因此可以用高灵敏度望远镜捕捉其辐射信号。作为目前世界上最灵敏的射电望远镜之一,FAST在探测中性氢上有得天独厚的优势。

·脉冲星:宇宙中神秘的“灯塔”

脉冲星是一种大质量恒星演化到后期,经过超新星爆发后留下的“遗物”。研究脉冲星一方面可以帮助科学家回答极端条件下(超强磁场、超强引力场、超高温等)一些基本的物理规律,也可以用于布局未来的脉冲星星际导航。FAST超高的灵敏度可以帮助人们探测到以往其他设备无法探测到的弱射电脉冲星信号。

·星际分子:生命起源的第一缕光

星际分子是指存在于宇宙星际空间的有机或无机分子。特定的星际分子会吸收特定频率的电磁波,因此可以通过观测电磁波谱在某些频率的吸收线来认证特定的分子。星际分子的研究关系到地球生命起源的研究。因为很可能就是星际分子给地球生命的诞生带来了第一缕光。FAST正在扫描着宇宙深空的各个角落,相信不久的将来就能找到那些隐藏的分子。

·探索地外文明有据可依

人类在宇宙中是否是唯一的?这是一个令人充满好奇但一直没有获得答案的问题。相较其他观测科学,地外文明搜寻一直是一个充满科幻色彩的课题。

随着望远镜性能不断加强,能探测到的信号越来越多,这一曾经科幻的课题变得越来越有科学上的可行性了。人类第一次探测到脉冲星信号时,也曾认为是外星“小绿人”发来的。

科学青力量 Young帆正启航

杭州市科技工作者服务中心主任 蒋晓斌

问:这期“科学榜YOUNG”青年talk show活动整体情况怎么样?

答:本次活动是由杭州市科学技术协会主办、杭州市科技工作者服务中心承办。活动现场,市科协党组书记、主席孙雍容为冯毅研究员颁发纪念奖牌,线上线下21万余人参与活动。

问:杭州市科协推出“科学榜YOUNG”青年talk show系列活动的目的是什么呢?

答:为了弘扬科学精神、激发创新意识,带大家走近年轻的科技工作者,听他们解读科研成果、讲述科学故事,诠释矢志投身科学探索事业、为国家强大默默贡献青春力量和克难攻坚、勇攀科技高峰的爱国精神。

同时也旨在为青年科技工作者搭建平台,在全社会营造尊重人才、尊重创造的浓厚氛围,塑造科技向善的文化理念和保障机制。

都市快报·橙柿互动 记者 翁丹妮 通讯员 江如蜜


责任编辑:Linda
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