移动通信网 程然
快速射电暴（FRB）研究迎来一项标志性成果。天文学家利用 NASA 詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），成功定位并测得了迄今观测到的最遥远快速射电暴 FRB 20240304B 的宿主星系。研究显示，这一射电暴源自一个远小于预期的矮星系，其红移高达 2.148，对应大爆炸后仅约 30 亿年的“宇宙正午”时期。这一发现对快速射电暴的起源理论构成了直接挑战。相关论文已于本周四发表在《科学》杂志上，第一作者为悉尼大学的 Manisha Caleb。
快速射电暴自 2007 年首次被发现以来，始终是天体物理学中最引人困惑的谜题之一。这种仅持续数毫秒的射电辐射闪爆来自遥远宇宙，且绝大多数只出现一次便再无踪迹，导致其物理起源至今没有定论。Caleb 直言：“我们有一些关于什么天体产生它们的猜想，但缺乏决定性证据。”要解开这个谜团，精确定位宿主星系并测量其距离、性质，是最有效的路径之一。
地面失灵，韦伯接力
2024 年 3 月 4 日，MeerTRAP 团队利用南非 MeerKAT 射电望远镜阵列探测到这次爆发，编号 FRB 20240304B。射电数据显示其距离极远，可能创下纪录，但要确认这一点，必须研究其宿主星系。问题在于，尽管团队已掌握该射电暴的精确位置，全球最大的地面光学望远镜在那个天区却一无所获——宿主星系太过暗弱。团队随后转向韦伯望远镜，NIRCam 近红外相机在正确位置探测到了星系，NIRSpec 近红外光谱仪则给出了精确的红移测量：2.148。
这一红移意味着，该射电暴发出的信号在宇宙中穿行了超过百亿年才抵达地球。迄今探测到的大多数快速射电暴都发生在数十亿年之后的宇宙时期，FRB 20240304B 将观测边界大幅向前推进，处于宇宙恒星形成最活跃的“宇宙正午”阶段。
【关键数据】
- 宿主星系红移: 2.148（对应大爆炸后约 30 亿年）
- 星系质量: 比典型 FRB 宿主星系预期值低 1000 倍的矮星系
- 恒星形成时标: 大部分恒星可能在约 3000 万年内形成
- 首次发现 FRB: 2007 年
起源理论面临重估
真正的意外来自宿主星系本身。已知的快速射电暴宿主大多是质量庞大、恒星形成活跃的星系，而 FRB 20240304B 的宿主却是一个质量比预期小 1000 倍的矮星系。“我们原以为会看到一个庞大、结构完善、恒星众多的星系，结果却是一个小小的矮星系，尽管它正在剧烈地形成恒星。”Caleb 表示。论文合著者、英国曼彻斯特大学的 Ben Stappers 也坦言，这个宿主星系在整个样本中显得格格不入，完全出乎预料。
这一发现对两大主流起源假说产生了不同影响。一种理论认为快速射电暴源自两颗中子星的并合，但双中子星从相互绕转到碰撞需要数十亿年，因此并合事件应与包含更年老恒星群体的星系相关。FRB 20240304B 宿主星系中大部分恒星可能仅在 3000 万年内形成，这意味着该射电暴极不可能来自中子星并合。相比之下，另一种理论——年轻、高磁场强度的磁星（magnetar）爆发——与一个年轻而剧烈形成恒星的矮星系高度吻合，此前的证据链因此得到进一步强化。
射电与红外的联合作战
这项成果的另一个亮点是观测范式的组合创新。MeerKAT 的 MeerTRAP 项目负责实时发现和精确定位遥远爆发，韦伯则凭借其无与伦比的红外灵敏度负责解析宿主星系。Stappers 评价称，这种“发现—定位—深究”的接力组合非常令人兴奋。随着 SKA 等下一代射电望远镜上线以及韦伯持续观测，更多高红移快速射电暴有望被系统性地追踪。
从长期看，快速射电暴还有一个独特的科学价值：其信号穿越星际介质时会被电离物质色散，可作为绘制宇宙电离气体分布的“探针”。像 FRB 20240304B 这样位于宇宙正午时期的遥远样本，将为研究星系间介质演化提供稀缺数据点。如果后续观测继续支持磁星起源，天文学界或将很快为这一延续近二十年的谜题写下答案。
出处：Webb Measures Distance to Farthest Fast Radio Burst, Suggesting Origin
