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2019-1-14

还是说说CHIME新公布的那批快速射电暴吧

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 2:35 pm

加拿大氢线测绘实验(CHIME)近日公布了望远镜的第一批快速射电暴(FRB)探测结果。其实本来是不打算就此事撰文的,毕竟这对于本人来说并不是新闻(一个多月之前就听到过内部风声,这些结果的正式发表只是时间问题),站里对CHIME的第一次FRB探测也有涉及,更何况今年的第三个坑按计划本来是留给新视野号飞掠Ultima Thule一事的。谁料周末一位石友来询,说是想更好地了解这几天火遍全网的外星信号究竟是怎样一个情况。目瞪口呆地搜索之后,自己倒是被吓得不轻,也才充分意识到在媒体人眼中的FRB到底被歪曲到了怎样一个触目惊心的程度。因此趁着Ultima Thule的数据大部头仍未传回,还是就CHIME的发现罗嗦几句吧。

关于快速射电暴的系统性介绍之前已经写过很多次了,实在没有必要重提,有兴趣者不妨点击这里这里,想了解其可能(而非确定)理论解释的请直接点击这里。大致说来,这是一种持续时间只有数毫秒,但瞬时流量可以达到央斯基级甚至更强的瞬变现象,一般根据其扫频特性认为它们源于河外。在CHIME之前,已知的FRB总数有50多个,其中有4成左右是由澳大利亚平方千米阵探路者(ASKAP)在2017-2018年一年的时间里找到的;而除了早先由阿雷西博望远镜发现的FRB 121102之外,其他爆发均为一次性现象,并无可探测的复发,也无准确的定位信息,因此揭秘其本质也是相当困难的。

那么CHIME这次公布的结果有何特殊?首当其冲的是数量之多,一共13个。更加惊人的是,这些爆发全部是CHIME在预调试期的不到一个月里找到的——作为比较,前任FRB探测效率冠军ASKAP也只不过是1年入帐20起事件而已。但在业内,CHIME的超高探测率并不让人感到意外——根据已有样本推测,快速射电暴是一种随机发生的现象,所以望远镜一次性所能关注的视野越辽阔,自然作出发现的可能性就越高。不久之前的ASKAP之所以能在短短的十几个月里让已知FRB的样本数量近乎翻倍,秘诀无外乎相控阵接收机结合新颖的指向策略带来的数十平方度天区覆盖,比传统单天线望远镜数角分到数十角分的波束宽度大了不少。而CHIME的200余平方度视场更是比ASKAP又扩张了一个数量级,一个月能够作出13起探测也实属情理之中。其实先前最乐观的估计认为,CHIME有望每天目睹2-50起此类事件,这3周之内发现13起的成绩已然不算多了(不过调试期间的CHIME,其性能指标并未全面达到设计预期,这也是影响真实探测率的重要因素之一)。

CHIME此次公布的13个FRB的光变曲线与扫频图。(图片来源:The CHIME/FRB Collaboration 2019a

与CHIME的首秀FRB 180725一样,由于望远镜400-800 MHz工作波段的缘故,这13个FRB的探测频率也较ASKAP或最早发现这类现象的Parkes望远镜为低。这样的低频探测在不久的将来必然会成为了解该现象辐射机制的重要线索,自不必多言。这其中还有凭借超过240的信噪比刷新FRB色散下限的FRB 180729.J1316+55——109秒差距每立方厘米,不过这个数字还是比同方向上银河系星际介质的贡献大了不少。经过河内自由电子的修正,这个暴的距离最多只有475兆秒差距,算得上是星系际的近邻。但是现在还不能确定究竟哪个距离、天区都符合要求的星系与该暴确实成协。

更有意思的要数已知的第二起重复暴——FRB 180814.J0422+73,它的现身充分说明了复发暴并非个例,甚至可能在所有FRB中所占比例不低。在2018年7-8月的预调试期以及秋季的正式调试期间,CHIME其实对自家探测到的所有FRB的所在天区都进行了不时的重复观测,但只发现了这各样本在9月复发4次,10月复发1次。与之前仅有的那个复发暴样本相比,FRB 180814也具备类似的频谱和脉冲结构(同时也与FRB 170827行为类似),比如频谱调制、酷似II型太阳射电暴的子脉冲(也就是时间-频率图上的明亮斑块)漂移等,其中后一条更意味着辐射应该起源于激波加速等离子体的相干辐射。但这个暴根据色散估计出的距离要比FRB 121102近上一倍(红移0.1以内)。在这个暴可能的红移范围内,存在5个持续的射电源,但都与FRB 121102成协天体的平谱特性不太一致,所以关于其对应体未有定论。

FRB 180814.J0422+73在去年8-10月间5次发作的光变曲线与扫频图。(图片来源:The CHIME/FRB Collaboration 2019b

另外一个值得一提的事情有关快速射电暴的命名。在这类现象发现之初,研究者只是用FRB的缩写加上6位代表年月日的数字称呼每一起事件。毕竟在那个时候,能够捕获这些转瞬即逝的低频闪光已属幸运,遑论一日之内的多次探测。但自ASKAP登场起,每天记录下多于1个的FRB事件成为了可能,于是ASKAP的团队采用日期后缀小数点的方式来区别不同的爆发;而这次CHIME则选用了日期+J2000赤道坐标为所有FRB命名,尚属首见。无论如何,不同课题组对FRB命名格式的不一致在一定程度上说明了这样一个新兴领域的混乱现状。随着新一代大视场射电观测设备的陆续上马,统一名称很快将成为研究者不得不正视的问题,希望这一点能够得到同行及时而充分的重视。

高探测率加上第二个复发暴样本,这就是CHIME此番发布结果的关键词了,其他方面也实在没有太特别之处(所以这也是一开始自己没打算撰写相关介绍的原因)。当然,它所展现出的FRB探测前景相当光明,能够在短时间内积累大量的样本,这无论对哪种现象的研究来说都是必需的。但是到了无良记者的笔下,情况就变得有些不对。首先,CHIME是一组4架抛物柱面天线。但是将其描述为圆柱天线的某某门户网站已经算是很客气了,因为本人被石友询问后去搜索相关新闻,马上就在另一家媒体的报道中看到了这样的画面……

嗯啊你们这群小编,谁告诉你们CHIME长成锅盖状来着?!给文章配上一张像下图这样的照片能死吗?能死吗?能吗?不能吧!

图片提供:CHIME Collaboration

随即,类似这样的文字不止一次地映入了眼帘:

“实验室设在北美的某个角落。某日,百无聊赖的研究员盯着常年不变的屏幕发呆。突然,一组信号映入眼眶。‘什么!一定是我眼花了!不可能,这不可能!’研究员揉了揉眼睛,半信半疑看向连接着新型射电望远镜的电脑,哦不!确实是有变!研究员唤来了他的同事,大家兴奋异常,多年辛劳终于收到了回应,13次!整整13次!其中重复发射的那个信号意味着什么,他们十分清楚……”

这……这要让我如何吐槽才好呢?首先,这13起爆发根本就不是发生在同一天的,而是有着大半个月的时间跨度。其次,CHIME如其名所示,其主要任务其实还不是FRB搜索,而是高红移中性氢辐射的测绘,而这一目标远远还未达到,现在兴奋未免为时过早,相信该项目组的各位成员对此还是心中有数的。再次,所有这些FRB都不是由人工辨识,而是通过实时的数据处理程序在后台挖掘而出的。说实话,以本人有限的射电观测经验来看,除非是极其明亮的强源,而且辐射一次性持续的时间还要足够长,否则在后端仪器的监控屏幕上根本就不会有所显示,所以一起典型FRB发生时是否能被人直接注意到,本人很是怀疑;何况以FRB的负2次方扫频特征,就算看到脉冲,单凭肉眼怕是很难作出准确判断的。再说,这不是快速射电暴头一次被发现,CHIME的视场又是如此之宽阔,不时遭遇瞬变爆发本应属于意料之中,怎么可能让值班者自认眼花。以及,说到重复发射的那个信号意味着什么,研究者要是真的已经十分清楚,早就要在睡梦中笑醒了好吗,还用得着一篇又一篇地发表论文灌水么……

然后这次在河内耀星说“被失意”之后提出太阳帆导致快速射电暴的Abraham Loeb果然也露面了。我说你们这帮做媒体的,CHIME团队你们不去找,专攻FRB的主流学者,像Ducan Lorimer、Emily Petroff、Sarah Burke-Spolaor等等那些人你们不去找,要是嫌联系国外太麻烦英文水平又不是太过关的话,去找本人之前所在的南京伽玛暴研究组也很不错啊,为什么非要揪住这位难以名状的活宝大教授“不排除外星人可能性”的调调不放?就算你们标榜要全方位介绍FRB现状,也不能如此顾小众而失主流吗!我倒是真的很想问一问,圈子里除了Loeb之外,还有哪个人整天把外星人太阳帆挂在嘴边说事?!

更离谱的是,竟然还有记者就CHIME一事采访科幻作家刘某某,后者张口闭口距离遥远无法回复,其实还是一个劲地将节奏往外星文明的方向上带,这简直是唯恐天下不乱么……想来加州大学伯克利分校的SETI/FRB后端开发者Dan Werthimer称他曾经在某次科幻聚会期间受邀讲解天文学意义上SETI搜索的思路,本人参与过的那次Star Trek大会也请到了来自空间望远镜科学研究所的研究者介绍系外行星观测的最新成果,加来道雄等科学家也曾多次亮相大众传媒来解释科幻背后可能的物理原理,当是给科幻爱好者补充背景知识,借流行文化宣传科学;在中国的情况倒正好相反,门户网站报道一个科学进展反而要找专业方向完全不对口的科幻作家来出面发表外行意见跟看法,称得上奇谭一桩,也不禁让人对科普的前景进一步心凉。也罢,既然本人是那种给杂志撰文介绍FRB都要坚持删除太阳帆相关图片的主儿,在这个记者笔下FAST望远镜都已经接收到了无数次外星人警告信号,直接导致内部人士一脸懵圈尴尬不已的年头,想要像无底线的综合媒体平台或是某些无良文人那样博取眼球已经是不可能了,还是继续自娱自乐好了。

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