這個關於太空神秘信號的研究或許會改變人類的宇宙觀

層巒疊嶂,翠林如海。在我國貴州的大山之間,有一座恢宏大氣的球面射電望遠鏡靜靜佇立。它帶著人類對宇宙的好奇和期待,仰望星空,探尋光年之外的射電信號。

它就是FAST,更多時候我們習慣叫它“中國天眼”。作為當今世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡,FAST的直徑達到了500米,相當於30個足球場那麼大。這使得它能夠在無線電波段搜索來自百億光年之外的微弱信號。

5月15日下午,由杭州市科協推出的“科學榜YOUNG”青年talk show迎來了之江實驗室研究員馮毅,他主要的研究領域——快速射電暴,也來自於FAST捕獲的數據。

因在快速射電暴領域的重要貢獻,馮毅獲得了2023年度達摩院青橙獎、2022年度中國科學院傑出科技成就獎等榮譽,併入選了2023年度《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創新35人。”

天文領域的“網紅”

它的發現獲得了邵逸夫天文學獎

什麼是快速射電暴?

活動一開始,馮毅就給大家科普了這個並不常見的天文名詞。

“顧名思義,‘快速’指的是它的持續時間非常非常短,大概只有千分之一秒,比人眨眼還要快200倍;‘射電’指的是它目前只在射電波段被觀測到,這正是我們FAST所擅長的領域;‘暴’就是爆發,它的能量非常高,每次釋放的能量可能比太陽一年釋放的能量還要高,大概可以讓人類使用一萬億年。”

人眨一下眼的時間約為300毫秒,而快速射電暴的持續時間只有幾毫秒,這也註定了其極難被“捕捉”。

2007年,快速射電暴(FRB)首次被人類探測到,之後迅速成為全球天文科學家關注的焦點,可以説是天文領域的“網紅”。它的發現還讓美國和澳大利亞的三位科學家榮獲了2023年邵逸夫天文學獎,“許多曾獲得邵逸夫獎的科學家,後來也獲得了諾貝爾獎,這也説明快速射電暴領域的研究是很有希望衝擊諾貝爾物理學獎的。”馮毅告訴大家。

為什麼研究快速射電暴讓科學家們如此著迷?

這種宇宙中才會産生的極端爆炸,研究它的産生機制可能會對物理學和天文學産生革命性的影響。用馮毅的話説,“這是宇宙在幫人類創造天然的實驗場所。”

來自宇宙深處的浪漫

起源至今成謎

然而,快速射電暴的起源和演化,至今仍然是一道難解之謎。在天文學領域,有大概50個關於快速射電暴起源的理論——這個數字曾一度大於人類觀測到的快速射電暴的數量。

就拿人類較早觀測到的FRB 121102來説,對於它的來源,科學家們提出了許多不同的猜測。它或許來自超新星爆發,或許來自互相作用的雙星。甚至還有科學家猜測它是外星文明使用超強的脈衝輻射而來的。

直到2017年,FRB 121102才被定位下來。這之後,科學家們觀測到它宿主星系的紅移。基於這次發現,確定了快速射電暴來自宇宙深處。

這是快速射電暴的理解機制上的里程碑事件,這個快速射電暴源的定位被美國天文學會認為是自LIGO引力波探測之後天文學最重大的發現。

關於快速射電暴的研究還在繼續……

2019年,中國天眼FAST發現了世界首例持續活躍重復暴FRB20190520B。“快速射電暴的命名一般是以它首次在人類的觀測設備中出現的時間”,這個在520這樣浪漫的日子被捕捉到的快速射電暴,就像一個宇宙送給天文學家的禮物。

馮毅戲稱FRB20190520B為快速射電暴裏的“卷王”,因為一般射電暴爆發之後都會有一段休息期,而FRB20190520B自其現身以來,對它的每次監測都有一個或多個望遠鏡探測到其爆發,也就是説它是一個“持續活躍的快速射電暴”。

非重復暴只發生一次,重復暴會發生很多次,人類可以反反覆復觀測到它的新的爆發,相對容易去跟蹤和研究它“是什麼”。重復暴的出現,讓快速射電暴的研究不再是大海撈針,天文學家可以對特定目標持續檢測,以捕獲更多爆發數據。

宇宙中存在地外文明嗎

《三體》紅岸基地或將成為現實

“如果我們把宇宙比作海洋,那FAST就像深海釣竿,可以觀測到很多來自遙遠宇宙的暗弱資訊。”馮毅這樣向大家比喻。

活動的尾聲,馮毅也引用了他很喜歡的科幻作品《三體》裏的一句話,“整個宇宙將為你而閃爍”,雖然這句話講的是宇宙微波背景輻射,但同樣適用於快速射電暴。

除了快速射電暴,FAST還能捕捉到很多來自宇宙的訊息,馮毅給大家播放了一段倣照《洛神賦》拍攝的影像,畫面中,磁場波紋盪漾、宛如河流,分子云點綴在其中,醞釀著新星的誕生。就像“三體”文明的訊息襲來時,葉文潔感慨道“宇宙不荒涼,宇宙不空曠,宇宙充滿生機!”科學家們始終相信著,宇宙中的劇烈變化,最終都會産生微弱的迴響。

在《三體》中有一個為了尋找地外高智慧文明而建設的紅岸基地,馮毅透露,“現在《三體》IP紅岸基地也在構建當中了,還在選址階段,我希望能落地在杭州。”

“FAST有五個科學目標,其中一個就是搜尋地外文明”,面對大家的好奇,馮毅表達了自己的觀點,“我相信宇宙中存在地外生命。”

“兩暗一黑三起源。”這是天體物理領域的一句俗話,用來形容天文望遠鏡的科學使命。“兩暗”是指暗物質和暗能量,“一黑”是黑洞,“三起源”則是天體、宇宙和生命的起源。

浩渺寰宇,繁星閃爍,這裡面每時每刻都在發生奇妙的變化,也將産生無數新的科研成果。而中國天眼的出現,預示著中國天文已經從追趕走向了超越,未來,還會有哪些新的發現?在馮毅看來,這是可以充滿期待的,“我們通過FAST的數據進行的研究,未來可能會改變人類的宇宙觀”。

【科學小課堂】

除了快速射電暴

FAST還可以觀測到哪些來自宇宙的資訊?

·中性氫:探究宇宙起源之謎

作為宇宙中最古老、最簡單、分佈最廣泛的成分,中性氫的研究既可以用來追溯宇宙演化歷史,也可以用來研究星系物質分佈、動力演化以及可能的暗物質分佈。由於中性氫可以輻射出十分微弱但獨特的射電輻射,因此可以用高靈敏度望遠鏡捕捉其輻射信號。作為目前世界上最靈敏的射電望遠鏡之一,FAST在探測中性氫上有得天獨厚的優勢。

·脈衝星:宇宙中神秘的“燈塔”

脈衝星是一種大品質恒星演化到後期,經過超新星爆發後留下的“遺物”。研究脈衝星一方面可以幫助科學家回答極端條件下(超強磁場、超強引力場、超高溫等)一些基本的物理規律,也可以用於佈局未來的脈衝星星際導航。FAST超高的靈敏度可以幫助人們探測到以往其他設備無法探測到的弱射電脈衝星信號。

·星際分子:生命起源的第一縷光

星際分子是指存在於宇宙星際空間的有機或無機分子。特定的星際分子會吸收特定頻率的電磁波,因此可以通過觀測電磁波譜在某些頻率的吸收線來認證特定的分子。星際分子的研究關係到地球生命起源的研究。因為很可能就是星際分子給地球生命的誕生帶來了第一縷光。FAST正在掃描著宇宙深空的各個角落,相信不久的將來就能找到那些隱藏的分子。

·探索地外文明有據可依

人類在宇宙中是否是唯一的?這是一個令人充滿好奇但一直沒有獲得答案的問題。相較其他觀測科學,地外文明搜尋一直是一個充滿科幻色彩的課題。

隨著望遠鏡性能不斷加強,能探測到的信號越來越多,這一曾經科幻的課題變得越來越有科學上的可行性了。人類第一次探測到脈衝星信號時,也曾認為是外星“小綠人”發來的。

科學青力量 Young帆正啟航

杭州市科技工作者服務中心主任蔣曉斌

問:這期“科學榜YOUNG”青年talk show活動整體情況怎麼樣?

答:本次活動是由杭州市科學技術協會主辦、杭州市科技工作者服務中心承辦。活動現場,市科協黨組書記、主席孫雍容為馮毅研究員頒發紀念獎牌,線上線下21萬餘人參與活動。

問:杭州市科協推出“科學榜YOUNG”青年talk show系列活動的目的是什麼呢?

答:為了弘揚科學精神、激發創新意識,帶大家走近年輕的科技工作者,聽他們解讀科研成果、講述科學故事,詮釋矢志投身科學探索事業、為國家強大默默貢獻青春力量和克難攻堅、勇攀科技高峰的愛國精神。

同時也旨在為青年科技工作者搭建平臺,在全社會營造尊重人才、尊重創造的濃厚氛圍,塑造科技向善的文化理念和保障機制。

都市快報·橙柿互動記者 翁丹妮 通訊員 江如蜜