如何看待加拿大科學家發現 15 億光年外的快速射電暴?

問題描述:宇宙中有一種快速發生,輻射能量極高又迅速消失的神秘現象,叫做「快速射電暴」(FRBs),這種爆發持續時間極短,通常只有幾毫秒,卻能夠釋放出相當於太陽在一整天內釋放的能量,以至於可以在數十億光年之外的距離上被觀察到,但它們具體的產生機制究竟是什麼,仍然存在爭論。甚至有人認為這是外星人發出的信號。國內新聞:外星人問候?科學家檢測到15億光年外重複無線電波A radio telescope in Canada has proved its mettle in…
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Flyingspace:

我就再簡單回复幾點吧,(1)之所以稱之為快速射電暴就是因為射電波段的流量突然增加,並且持續時間極短,大約都是在毫秒量級。(2)因為持續時間短,所以目前的觀測反應時間來不及後續觀測,這就是阻礙我們得知其具體產生機制的重大障礙。(3)對於射電暴的研究,非常類似於幾十年前伽瑪暴的觀測,因為當時設備的限制,無法追踪到伽瑪暴的具體位置,所以在60年代末發現之後的三十年內,對於其研究並沒有進展,知道90年代末的時候,意大利的bepposax衛星因為快速追踪的特性,發現了伽瑪暴餘暉,從而開啟了深入伽瑪暴的序幕。(4)射電暴通常都是不重複的,也就意味著他們出現在天空當中的位置是隨機的,然而到目前為止,發現了兩例射電暴的多次重複爆發。(5)射電暴最早由西弗吉尼亞大學的Duncan Lorimer教授所發現,2016年的時候,他在國台做了一次報告。我自己有寫報告總結的習慣,所以當時就對報告做了簡單總結,貼出來與大家分享,希望大家有所收穫。
如何看待加拿大科學家發現 15 億光年外的快速射電暴?


wolray:

首先可以肯定的是,超光速在這個宇宙中是不可能的。至少對於這個現象,假設信號來自同一艘飛船,若是超光速的話,更遠的信號將先於更近的信號到達,與我們的觀察不符。所以飛船其實是亞光速運動,對此不再贅述。

我想要補充一下這裡邊的相對論效應。

速度達到了如此恐怖的程度(30億光年比光慢一年,15億光年比光慢5年,好吧這玩意兒還在減速),相當於光速的99.99…%(9個9)以上,該飛船會出現極端的相對論效應,很多我們常識中對時間和距離的判斷,要經歷戲劇性的顛覆。

1、在一部分地球人眼裡,飛船花了30億+1年,以亞光速走完了30億光年。看起來真的好遠哦。然而由於尺縮效應,飛船以光速航行時,宇宙的尺度在其行進方向上會極端壓縮,30億光年縮短成了7萬多光年,其實還好。

2、在另一部分地球人眼裡,飛船亞以光速走完30億光年,花了30億+1年。看起來真的好久哦。31億年是恆星演化的時間尺度,無論那飛船上載著什麼玩意兒,妥妥的都應該灰飛煙滅了。然而由於鍾慢效應,相對我們光速運動的飛船,時間基本上是趨於靜止的。對我們而言人家確實走了30億+1年,時間放慢後其實才7萬多年,也還好。

3、細心的同學可以發現,1和2是同一件事的兩種等價描述。所以在神秘飛船自己的世界裡,他們其實也就是花了7萬多年,以亞光速走了7萬多光年而已。

還有一點被大家忽略了,以如此速度運動的飛船,哪怕發出人類世界通行頻率的電磁波,波長也會由於多普勒效應被極端壓縮。所以更合理的解釋是,電磁波並不是飛船本身發出的,而是飛船在亞光速的運動過程中,需要以某種未知機制進行減速(注意上文)。在如此恐怖的速度下減速,會釋放出恆星級別的能量,這些能量同附近的星體作用(或者人家直接就是靠炸星球來減速),釋放出了我們所觀察到的信號,且由於該減速機制確定,所以多次信號也呈現出相似的頻率特徵。

假設飛船在七萬多年的航程中持續減速,那我們將觀察到持續一年的信號,但信號並沒有持續一年(我也不知道是多久),假設信號持續了一天,那換算成飛船的時間,就是兩百多年。

幾十萬年的航程,中間多次持續百餘年的減速。

嗯,想一想簡直有點波瀾壯闊。

最後,也是最重要的是,既然人家是亞以光速航行,當我們收到信號的時候,他們差不多也快到了,再稍微等個幾年的樣子。屆時他們將繼續以亞光速掠過太陽系,在反方向開始新一輪漫長的減速。其信號時長則由原本的縮短幾萬倍變成放大幾萬倍,在地球未來千萬年的夜空里持續迴響。

恰如一場驚艷而漫長的錯過。

以上。


知識分子:

最近,加拿大的科學家報告利用射電望遠鏡CHIME探測到了15億光年以外的快速射電暴。圖源:https://chime-experiment.ca

撰文 | 孫珂劍

責編 | 陳曉雪

近日,一個由加拿大科學家領導的科學團體探測到了太空中重複的快速射電暴(Fast Radio Burst , 簡稱FRB),它產生於15億光年之外,被命名為FRB 180814. J0422+73。1月9日,關於這一發現的兩篇論文的未編輯版在學術期刊《自然》Nature上線。

快速射電暴指的是突然產生於銀河系之外的無線電波,它通常只持續幾毫秒,並攜帶著巨大的能量,2007年首次在脈沖星搜索數據中被發現。迄今為止,人類共探測到60多次快速射電暴。

這次的發現具有一定的特殊性:傳來的無線電波重複了6遍。這是人類歷史上第二次探測到重複的無線電爆發,第一次發生在2015年。

很多媒體對這一發現進行了報道,包括BBC,CNN、《衛報》等,一些還認為這可能是外星生命的證據,將重複性的無線電波解讀為外星為文明發出來的信號,甚至猜測有沒有外星文明可以在幾年時間就飛躍幾十億光年的距離。

但是,作出這一發現的科學團體在《自然》的論文中並未給出任何與外星生命相關的推測。

他們僅表示,由於之前僅有一次探測到重複性爆發,因此很難得出任何結論,而再度發現重複性爆發意味著這種現象很可能並不像之前想像的那樣罕見。正如論文的作者之一、英屬哥倫比亞大學天體物理學家Ingrid Stairs所說:「這意味著它們可能還有更多。」

關於FRB 180814. J0422+73的論文之一

「此次爆發可能產生於太空中的一叢高密度物質,例如某個超新星殘余,或者是來自某個星系的中心黑洞附近。」論文的另外一位作者、來自多倫多大學的天文學家Cherry Ng經初步分析後是這么推測的。

關於FRB 180814. J0422+73的論文之二

沒有參與這一研究,但從事相關研究工作的中國科學院國家天文台研究員陳學雷則直接表示,是否為外星人發出的信號,「這個可能性非常小,比較有可能的是一種自然現象」。

「對於2015年發現的一個重複暴,我們曾對其爆發規律做過統計分析,發現比較類似地震的規律,因此猜想可能是中子星的星震引起的,這個新發現的重複暴有助於我們進一步分析這一現象,檢驗我們的理論。」陳學雷說。

幫助探測到此次快速射電暴的是位於加拿大英屬哥倫比亞地區的射電望遠鏡CHIME(Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment),2017年才投入使用,英屬哥倫比亞大學、多倫多大學、麥吉爾大學等多所高校和研究所的科學家們設計建造了CHIME望遠鏡並利用其進行研究。

快速射電暴正是CHIME研究團體的系列工作之一,此前已經有13次外太空無線電爆發被CHIME探測到。

研究者認為,此次發現刷新了科學家對於快速射電暴的信號頻率的理解。過去探測到的爆發信號頻率大都在1400MHz左右,最低的是美國的綠堤望遠鏡(GBT)在800MHz發現。位於澳大利亞的低頻射電望遠鏡陣列(MWA)和歐洲的新的國際低頻陣列(LOFAR)望遠鏡也一直在較低頻率搜尋快速射電暴,均未能找到。「有一些人猜想這種輻射只出現在較高的頻率上,那麼這就對其輻射機制提供了一個線索。」陳學雷說。

這次披露的頻率則要低得多,甚至達到了400MHz。射電望遠鏡CHIME能探測的電磁波頻率範圍是400~800MHz,說明快速射電暴的信號比我們猜想的還要低。「不過,CHIME的觀測頻率還是比LOFAR和MWA高,所以這個問題沒有完全解決,但它說明快速射電暴還有許多需要研究的東西。」陳學雷說。

他同時表示,他們團隊研製的的天籟望遠鏡陣列和CHIME非常相似,都具有大視場,非常適合搜尋這類信號偶爾出現的信號。「CHIME成功發現一批快速射電暴證明了這種望遠鏡的價值。」陳學雷說。目前,他們在國家天文台預研經費支持下啟動了一個小型快速射電暴數字處理後端實驗系統的研製,「目前硬體已經生產出來了,預計今年上半年能夠安裝到天籟望遠鏡上」。

CHIME團隊的論文稱,該發現還帶了一個重要的直接影響:天文學家們需要對之前提出的高速無線電爆發理論模型做出重大修改。自高速無線電爆發被人類探測到以來,天文學家們就試圖將它們的特徵進行比較並建立理論模型來解釋其起源及所處環境。此次無線電爆發的頻率已經推翻了一些模型。

「不管這些無線電波來自哪裡,我們都很有興趣去研究它們能產生的頻率範圍有多廣。在有些模型中,它們的源頭是無法發出這么低的信號的。」 論文的作者之一、麥吉爾大學的Arun Naidu說。

參考資料:

1. A second source of repeating fast radio bursts – Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0864-x

2. Observations of fast radio bursts at frequencies down to 400 megahertz-Nature

https://doi.org/10.1038/s41586-018-0867-7

3. Canada』s CHIME telescope detects second repeating fast radio burst – McGill Newsroom.https://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/canadas-chime-telescope-detects-second-repeating-fast-radio-burst-292994


不願沉默的螺旋:

朋友!這一天,是民科的狂歡節。凡人們,做好準備吧,保住智商,我在科學那頭等你。


麥子冬:

FRB全稱Fast radio burst,快速無線電爆發。

也就是說我們檢測到的信號是無線電。

無線電本質是電磁波,而電磁波在真空中的傳播速率接近300000km/s,也就是光速。

按照公眾號魔都囡文章里的說法,有一輛速率遠超光速的飛行器用電磁波給地球發信號。

那不是應該飛行器早於無線電信號到達地球嗎?


胖胖的綠茶:

如果是外星人超光速飛行的話。那麼到達順序應該是飛船,15億光年的FRB,30億光年的FRB,60億光年的FRB。

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假如發射源是同一個,那應該是發射源在距地球60億光年處發射一次FRB,然後亞光速運動並最終晚於光一年到達距地球30億光年處,再次發射FRB。又以亞光速運動最終晚於光五年到達距地球15億光年處,然後第三次發射FRB。

這樣到達的順序就是

60億光年外的FRB(2011)

30億光年外的FRB(2012)

15億光年外的FRB(2018)

發射源(?)

關於超光速,我覺得這個是不可能的。光速相對於任何速度都是光速,也許你可以達到三十萬公里每秒,但是你的一秒比外界的一秒長啊。

還有就是我也不知道這個東西是什麼,就只是根據我獲得的資訊做了一個簡單的物理分析。

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