快速射电暴的第一次相控阵探测
发现过快速射电暴的望远镜名单正在变得越来越长：从最开始的Parkes，到随后各贡献一个样本的阿雷西博和绿堤望远镜，再到今年早些时候公布第一批探测的UTMOST。就在昨天，澳大利亚平方千米阵探路者（ASKAP）也加入到了快速射电暴搜索的行列中来。不同于其他仪器，ASKAP在这其中是唯一使用新型相控阵接收机实现FRB探测的，算是为未来规模更大的瞬变事件搜索小试牛刀。
新发现的射电暴FRB 170107是在平方千米阵探路者阵列在今年年初为ASKAP快速瞬变源实时共同巡天（CRAFT）进行先导观测期间发现的。当前的ASKAP拥有36架完全相同的12米口径天线，每架都配备了焦面相控阵系统。数字后端可以将接收机信号转化成36个以正方形排列、带有双重偏振的波束，涵盖336个各宽1 MHz的频谱通道。
ASKAP在先导巡天期间观测的天区，以彩色圆圈表示，圈中的颜色代表积分时间的长短。图中的红色十字标出了FRB 170107所在的位置。（图片来源：Bannister et al. 2017）
最终在持续了3天半、花费了660个天线小时的观测中，只有FRB 170107禁住了所有筛查流程的考验，可以被视作快速射电暴公之于众。这个持续时间不过2.6毫秒的脉冲峰值流量却是相当强，超过了22央斯基，不过其他方面的性质也谈不上特殊，中规中矩而已。UTMOST在暴后对其所在天区作了数十小时的后续观测，但又一次地空手而归。
FRB 170107的脉冲轮廓（上）与扫频图（下）。（图片来源：Bannister et al. 2017）
真正让本人为之一惊的是原始论文中的这样一句话：“The pulse is detected in multiple beams of the PAF, as expected”，这个暴同时被ASKAP的13、12以及32号波束记录了下来。什么？As expected？！还记得之前在南京读书期间，无数次听到导师和同学念叨第一个快速射电暴FRB 010724是仅有的一个获得多波束探测的暴，从这个性质来看，它可能与其他暴的起源不尽相同。于是这次是要预期个啥？是说FRB 170107属于另类吗？两个月前UTMOST公布的3个探测中，有两个FRB得到了双波束探测。那时还以为是这架抛物柱面干涉仪的扇形波束与普通望远镜不尽相同，但ASKAP好歹也是正常的抛物面天线，这又算什么情况！
左：FRB 170107探测期间的望远镜波束图，红色代表FRB所在的位置。其中13号波束的信号最强，两侧的12号与32号波束也有记录（这样看来，呈方形排列的ASKAP波束，编号也像传统的多波束馈源喇叭一样，是从内向外绕圈的）。右：13、12号波束记录下的脉冲轮廓，以及30、14、32号波束接收信号的累加结果。（图片来源：Bannister et al. 2017）
仔细想来，波束宽度的定义是什么？不过是主瓣的半峰全宽，也就是信号强度达到峰值一半处的宽度。换句话说，在通常所说的波束之外绝非空无一物，而是存在较弱的信号，贡献者包括主瓣的边缘，还有多级旁瓣。如果天体本身的辐射极强，在天线主瓣的半峰全宽之外激起可探测的信号完全有可能。脉冲强度让Parkes接收机达到饱和的FRB 010724正可以如此理解；匆忙翻阅过往文献，又发现峰值流量超过120央斯基的FRB 150807也得到了Parkes的双波束探测，只是当时自己没有注意而已。像FRB 170107这样的亮暴，在多个波束中留下踪影纯属意料之中。于是深感之前被身边的一群理论家误导多时，那时本人也没有仔细考虑过什么主瓣旁瓣的形态问题。哪怕纯粹从事天文学理论研究，了解一些观测仪器的基本原理和性质也还是很有必要的啊，各位！
半峰全宽的定义示意。（图片来源：Wikipedia）
那么多波束探测能有什么好处？如果天线的各个波束形状已知，而待测源可以确定为点源，那么就可以用亚波束级精度还原出源区的方位。这就是ASKAP的团队对FRB 170107所做的事情。阵列本身的波束宽度只有0.9度，但研究者利用13号以及周边其他8个波束的数据，将暴源以90%的置信度敲定在了一个直径8角分的范围内。如果今后遇到其他行为类似的亮暴，大可借助同样的方法提升望远镜的分辨率。
左：FRB 170107最终的定位结果，图中圆圈表示一个波束的宽度。（图片来源：Bannister et al. 2017）
对于快速射电暴观测来说，ASKAP阵列的优势在于相控阵接收机带来的大视场。这组阵列可以一次性覆盖30平方度的天区，远较传统单天线望远镜的数角分来得更大。既然这次它区区数天的观测就收获了FRB 170107，我们完全有理由认为，更多的发现在今后将接踵而至。
最后顺便一提，在天文学名词委员会勘定的名词手册里，SKA被译作平方千米阵，而ASKAP则是澳大利亚平方公里阵探路者，这……求求你们，能不能把这个Kilometer的翻译统一一下……
