俄罗斯亿万富翁寻找外星人如何帮助揭示宇宙最大的奥秘之一

十多年来,天文学家对太空耀斑感到茫然,其能量相当于500个太阳。 今天,他们与外星人猎人一起彻底解决了这些谜团。


2007年春天,西弗吉尼亚大学的物理专业学生大卫·纳尔克维奇(David Narkevich)筛选了由望远镜从公园天文台 (位于澳大利亚的射电望远镜)收集大量数据中,追踪脉冲星的行为,迅速旋转曾经是大质量恒星的核。 它的策展人,天体物理学家邓肯·洛里默(Duncan Lorimer)要求他在数据中查找有关最近发现的RRAT类型超快脉冲星的信息。 但是,在这些海量数据中,纳尔克维奇发现了一个奇怪的信号,该信号来自一个靠近我们的星系,即小麦哲伦星云

这个信号不像Lorimer早些时候看到的那样。 尽管它出现的时间很短,只有五毫秒,但它比银河系中常见的脉冲星亮了数十亿倍。 在一个毫秒内,它辐射的能量与一个月之内的太阳一样多。

Narkevich和Lorimer的发现是我们的望远镜发现的许多奇怪的超强大闪光的发现中的第一个。 几年来,这种爆发被认为是不太可能发生或很少发生。 但是到目前为止,研究人员已经记录了80多个这样的“ 快速无线电突发 ”或FRB [Fast Radio Bursts]。 起初,天文学家认为他们称之为“天体单体激增”的第一个现象在同类中是独一无二的,但现在他们相信在宇宙中,可能每秒出现一个FRB。

如此突然的大量发现的原因是什么? 外星人 好吧,不是外星人自己,而是他们的追求。 在众多的天文学家和研究人员中,不懈地揭示了这些神秘的信号,使一个驻扎在美国的俄罗斯商人脱颖而出,由于他寻找外星生命的结果,他资助了有史以来最复杂,最深刻的宇宙评论之一。

从纳尔克维奇(Narkevich)发现第一波激增的那一刻起,科学家们就对究竟能在深空发出这些令人着迷的闪光的东西感兴趣。 可能的来源清单很长,并且包含从理论到难以理解的假设:黑洞碰撞,白洞,中子星聚变,恒星爆炸,暗物质,快速旋转的磁星,微波行为不正确。

尽管其中一些理论今天已经可以被拒绝,但其余理论仍然适用。 最终,在搜寻开始将近十年之后,新一代的望远镜开始出现,它可以帮助研究人员了解这些超大功率爆发的机制。 一直在不断发展这个主题的两项最新作品描述了来自欧文斯谷天文台的两种不同的望远镜阵列-ASKAP和DSA(深天气望远镜)-首先发现了其中两个神秘的FRB 的确切位置 。 现在,物理学家们期待着另外两个望远镜-加拿大的CHIME和南非的MeerKAT——最终能够准确地告诉我们这些强大的无线电脉冲所显示的一切。


公园天文台射电望远镜

但是,纳尔克维奇和洛里默的发现几乎被扔到了垃圾桶。 在他们首次注意到异常明亮的涨潮几个月后,似乎这一发现并没有超出位于莫农加希拉河河畔的Lorimer办事处的墙壁,该办事处切断了西弗吉尼亚州的Morgantown市。

爆炸被发现后不久,洛里默请他前任策展人,墨尔本斯威本大学天文学家马修·巴尔斯(Matthew Bales)帮助他标记这个信号-现在,在天文学家中众所周知的能量峰值比任何已知脉冲星的爆发都要高得多。 与帕克斯望远镜通常发现脉冲星的地方相比,这种增长似乎来自更深的宇宙。 在这种情况下,它可能是另一个星系,可能位于距我们数十亿光年的位置。

“他很漂亮。 他看起来很棒。 “我们几乎从椅子上掉下来了,”贝勒斯回忆道。 “那天晚上我无法入睡,因为我在想,如果这东西真的很远,那么明亮,那么这将是一个了不起的发现。 但是,如果我们没有记错的话,那就更好了。”

几周后,Lorimer和Bales写下了一份工作,将其发送给Nature-并很快被拒绝。 该杂志的编辑怀疑这一事件是单一的,并且看起来比看起来要明亮得多。 鲍尔斯很沮丧,但他的处境更糟。 十六年前,他和他的同事-天文学家安德鲁·林恩(Andrew Lyne)提交了一篇论文进行审查,他们宣布在轨道上发现了另一个行星,该行星围绕着另一颗恒星-不仅是恒星,而且是脉冲星。 科学发现原来是他们望远镜的读数中的故障。 几个月后,琳恩不得不在美国天文学会的一次会议上与众多听众交谈,并宣布他们的错误。 “这是科学,任何事情都有可能发生,” Bales说。 这次,Bales和Lorimer确信自己所做的一切正确,并决定将他们在FRB上的工作发送给另一本杂志《科学》。

出版后,该作品立即引起了极大的兴趣。 一些科学家想知道这次爆发是否是外星人试图建立联系的尝试。 科学家们已经转向外星生命,以寻求解决办法,这不是第一次。 1967年,当研究人员发现一种现象,后来发现这是第一个被发现的脉冲星时,他们还想知道这是否可能是智慧生活的标志。

像几十年后的纳尔克维奇一样,剑桥大学的研究生乔斯林·贝尔在剑桥郡的一系列射电望远镜收集的数据中发现了一个神秘的信号。 如今,此阵列几乎一无所有; 在他现在所在的大学的田野里,现在有一个生长过度的树篱,其中失去了摇摇欲坠,看起来暗淡无光的柱子,这些柱子曾经被缠绕在铜线网中,从远处捕获无线电波。 长期以来,电线一直被偷窃并移交报废。

“我们正在认真考虑他们是外星人的可能性,”现为牛津大学名誉教授的贝尔说。 第一个脉冲星很壮观,开玩笑的一半,叫LGM-1(小绿人-绿人)。 她只有六个月的时间来捍卫自己的博士学位,她对“一群绿人”正在使用她的望远镜和频率向地球发送信号感到不满。 为什么外星人“使用如此奇怪的技术来发信号表明一个不起眼的星球?” 她曾经在《宇宙搜索》杂志上撰文。

然而,仅在几周后,贝尔在1968年1月订婚后发现了第二个脉冲星,然后又发现了第三个脉冲星。然后,在婚礼前几天,她为自己的博士学位辩护时,在天空的另一部分发现了第四个信号。 这证明脉冲星应该是天体物理起源的自然现象,而不是智能生命的信号。 检测到的每个新信号都降低了被广阔的太空所隔开的聪明的外星人以某种方式协调其将消息发送到银河郊区一块毫无趣味的一块石头上的努力的可能性。

洛里默真倒霉。 发现第一次爆发后,六年过去了,没有任何复发的迹象。 许多科学家已经开始对此失去兴趣。 洛里默说,微波解释已经存在了一段时间,而怀疑论者对他们只发现过一次的爆发不信任。 2010年,Parks发现了16个类似的脉冲串,这也无济于事。他们迅速发现,由于在其中一个以加热模式工作的实验室中打开了微波炉的门,这些脉冲串出现在数据中。


尤里·米尔纳(Yuri Milner)和马克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)参加2017年突破奖颁奖典礼

当Avi Labe第一次听说Lorimer的不寻常发现时,他还认为这可能是接线问题或计算机设置不正确的结果。 2007年11月,他担任墨尔本天文学系主任,就如同Lorimer和Bales的著作出现在《科学》杂志上一样,因此他有机会与Bales讨论这种奇怪的爆发。 拉贝发现无线电波激增是一个有趣的谜,但仅此而已。

然而,在同一年,莱布(Leib)发表了一篇理论论文,指出为识别宇宙发展初期发生的特殊氢排放而建造的射电望远镜也应该能够接收距我们不超过十光年的地外文明的无线电信号。 莱布说:“我们已经进行了一个世纪的广播,因此,具有相同阵列的另一个文明将能够在不超过50光年的距离内看到我们。” 然后,他发表了另一篇有关在太阳系中寻找人造光源的工作。 在其中,莱布表示,即使哈伯望远镜位于太阳系边缘,也可以使用哈勃望远镜检测到亮度与东京相当的城市。 在另一项工作中,他描述了识别行星大气工业污染的技术。

自从Leib在以色列长大以来,他就对地球和宇宙中其他地方的生命充满热情。 “在天文学中,每个人都在寻找微生物的生命-人们正在寻找系外行星大气中原始生命的化学迹象,”莱布说,在获得物理学学位之前,他对哲学深感兴趣。

但是,他认为,连续的每一件事也都应该用于寻找地球以外的智能生命。 人们有禁忌,心理和社会问题。 所有这些都是由于科幻小说的包and和关于飞碟的报道,而飞碟与太空中发生的事情无关。 他为必须解释和捍卫自己的观点而感到恼火。 他说,毕竟,寻找暗物质,数十亿已经膨胀了数十年,而结果却是零。 与寻找暗物质相比,寻找外星人的智能生命(称为SETI)是否可以被认为是更陌生的事件?

Lorimer并没有特别关注Leib在SETI上的工作。 在经历了六年漫长而令人失望的六年后,包括Bales在内的一群同事在Parks数据中发现了另外四个明亮的无线电脉冲串,他在2013年转为吉祥。 洛里默意识到自己已经康复了,他松了一口气。 接下来是更多的发现:最后,证实了FRB是一种真实的现象。 在首个事件被称为“ Lorimer浪潮”之后,它迅速渗透到世界各地大学的物理和天文界。 在物理圈子中,Lorimer被提升到一个小名人的位置。

生命注视着这一切。 2014年2月的一天,在波士顿的一次晚餐上,他与一位富有魅力的俄罗斯人尤里·米尔纳Yuri Milner)进行了交谈,他是一名亿万富翁和技术投资商,曾接受体育教育,在硅谷举世闻名。 据他所记得,米尔纳一直对地球以外的生活感兴趣,在这个问题上,他和莱布变得亲密无间。 夫妻俩很快找到了共同语言。

米尔纳于明年五月在哈佛与莱布再次会面,问这位科学家要花多长时间才能到达离地球最近的恒星系统阿尔法半人马座 。 莱布说,他将需要六个月的时间来弄清楚可以使人们一生中接触星星的技术。 然后米尔纳请莱布熟悉“突破星空”计划,这是这位俄罗斯商人将在几周内宣布的五项计划之一。 他用自己的资金1亿美元支持了这些计划,所有这些计划都应该帮助SETI项目。

六个月后,即2015年12月底,雷布打电话并要求准备一个演讲,简要介绍他推荐的飞往半人马座的技术。 那时,莱布(Leib)当时在以色列,打算在该国南部的一个山羊农场里度过周末。 “第二天早上,我坐在农场的大厅里-在唯一能上网的地方-并用PowerPoint演示了Yuri项目的太阳帆技术,” Leib说。 两周后,他在莫斯科米尔纳的家中向她展示了她,并大张旗鼓地宣布了她的身份于2015年7月宣布。

主动行动是向SETI运动的脉络中注入肾上腺素,这是有史以来最大的私人搜索。 五个创举项目之一是“突破听”,由天文学家史蒂芬·霍金(已故)和英国皇家天文学家马丁·里斯共同庆祝。 在与电影《接触》与朱迪·福斯特(Jodie Foster)的情节进行比较之后,朱迪·福斯特(Jodie Foster)扮演了一位接受外星人广播的天文学家(她的角色原型是天文学家吉尔·塔特(Jill Tarter)),该项目使用了世界各地的射电望远镜来搜索来自外星情报的信号。

在宣布突破性举措之后,米尔纳立即投资在现有射电望远镜上部署先进技术(例如,数据仓库和安装新的接收器),包括西弗吉尼亚州的Green Bank和澳大利亚的Parks。 无论使用这些天文台的天文学家是否相信外星生命的存在,他们都会张开双臂接受这项投资。 科学成果很快就会出现。

2015年8月,以前记录的FRB之一决定重新出现,并且这一事件成为全世界报纸的头条新闻,因为这一浪潮令人难以置信,比Lorimer和所有其他FRB爆发更为明亮。 他被称为“中继器”,也被称为“斯皮特勒大浪”,因为它是由射电天文学研究所的天文学家劳拉·斯皮特勒首次发现的 马克斯·普朗克(Max Planck)在德国。 在接下来的几个月中,爆发反复发生-不规则地发生,但是经常足以使研究人员识别出产生它们的星系并考虑可能的来源的选择-最有可能的是这些爆发的年轻,快速旋转的中子星具有非常强的磁场(磁星)。

定位是在超大型天线阵列(VLA)上进行的, 该阵列由新墨西哥州的27个射电望远镜组成,并在胶片Contact中进行了闪烁。 Lorimer说,但是作为“突破聆听”项目的一部分进行了更新的绿色银行基础设施已经发现了更多的周期性疫情。 这使研究人员可以更详细地研究产生它们的星系。 他补充说:“这真是太好了-他们的任务是寻找外星生命,但在此过程中,他们还展示了对科学界有用的其他结果。” 快速找到FRB成为Breakthrough Listen的主要任务之一。

重复固定中继器的工作既是福也是祸,一方面消除了灾难性模型,例如产生FRB的超新星爆炸,因为这种爆炸只能发生一次。 另一方面,这只会使谜语复杂化。 直放站位于一个具有活跃恒星形成的小星系中-可以在其中诞生中子星,因此就是磁星的模型。 但是,其余不重复的FRB呢?

研究人员开始怀疑这些爆发有不同类型,每个爆发都有自己的来源。 在科学会议上,关于可以做什么和不能做什么的争执仍在加剧,物理学家愿意讨论走廊和饭厅中FRB的可能来源。 2017年3月,Leib在媒体上大肆宣传,暗示FRB可能是外星文明工作的结果-太阳能无线电发射器,由于太阳帆而在星系中移动的巨大太空飞船。

Parks属于SETI项目的事实对于任何访客都是显而易见的。 从上升到楼梯板的圆形控制塔的楼梯,您可以看到采用1960年代怀旧风格的纽扣,门和墙。 然后,您进入充满现代屏幕的控制中心,从那里天文学家可以远程控制天线以观察脉冲星。

如果您走到另一层,将有一个数据存储室,整个机架上都装有闪烁的服务器。 一个架子被霓虹灯的蓝色灯光点亮-多亏了Breakthrough Listen项目,它才到达那里,是超现代录音系统的一部分,该系统可以帮助天文学家在12小时的数据记录中搜索任何无线电信号-比以前更多的信号。 如今,Bales部分负责FRB,另一部分参与了Breakthrough Listen项目,在Milner服务器的背景下微笑并拍照。


绿岸望远镜

尽管许多最早的FRB发现都是由资深望远镜完成的,包括一个大板块,例如Parks或Green Bank,但新的望远镜(其中一些是用Breakthrough Listen资金创造的)正在彻底改变FRB搜索领域。

在南非的半沙漠地区,距开普敦仅8个小时车程的Karoo拥有64个板块,这些板块一直在监视着太空。它们的大小比其表兄弟小,但可以一起工作。这就是MeerKAT这是庞大的Breakthrough Listen望远镜在全球范围内不断发展的另一种仪器。希望这个下一代天文台与下一代其他几个工具一起,也许在未来十年中,将使我们能够回答有关FRB本质的问题。

“ MeerKAT”的意思是“不仅仅是KAT”,并且在KAT 7(由7根天线组成的Karu天线阵列)之后打开,尽管真正的猫鼬会在[meerkat-meerkat /大约译者],以及驴,马,蛇,蝎子和(Kudu)-羚羊大小与带有螺旋角的麋鹿一样。建议MeerKAT访客穿金属脚趾防护皮靴,以防蛇和蝎子。他们还被警告有关库杜的信息-他们非常热心保护年轻人,最近甚至还带着警卫袭击了一辆皮卡车,将汽车翻了过来。 MeerKAT地区的无线电波无声,所有访客都需要关闭手机和笔记本电脑。唯一可以进行通讯的地方是地下掩体,该掩体被30厘米厚的墙壁和一扇金属门所屏蔽,保护敏感天线不受人为干扰。

MeerKAT是未来更大的无线电天文台SKA(平方公里天线阵列)(平方公里天线阵列)的两个前身之一。 SKA完成后,还将在Kara中出现131根天线。 SKA的第一个印版刚刚从中国寄给了MeerKAT。每个天线的组装将花费数周的时间,此后将花费数月的时间来验证其是否可以正常工作。如果一切都按计划进行,则将订购,组装其他板材并将其发送到这个偏远的地方,白天白天以棕色为主。但是,日落之后,MeerKAT迎着银河系,在其上方延伸出繁星点点的星带,就开始从令人难以置信的紫色,红色和粉红色调中跳舞。巴雷斯说,很快,MeerKAT将成为不可思议的FRB机器的一部分。

SKA的另一个前身-澳大利亚ASKAP。 2007年,当Lorimer考虑对自然界的拒绝时,Ryan Shannon在康奈尔大学完成了物理学博士学位,与Laura Spitler共享一个房间,随后他发现了Spitler的飞溅。香农从加拿大来到美国,在不列颠哥伦比亚省的一个小镇长大。距离他家大约一个小时的车程是Dominion射电天文台(DRAO),这是一个相对较小的机构,尤其参与为VLA制造设备。

香农认为,DRAO在潜意识里似乎影响了他的职业选择。正是在DRAO中,他们将在几年内制造出全新的CHIME望远镜,这将从根本上影响FRB研究的新生领域。但是在2007年,它还不存在。香农(Shannon)于2011年从康奈尔(Cornell)获释后,决定不离家那么近-“就像我妈妈想要的那样”。取而代之的是,他移居澳大利亚,并在墨尔本郊区的斯威本大学(University of Swinburne)定居。

香农(Shannon)于2017年加入Bales团队-那时,天文学家开始理解为什么找不到新的FRB,尽管他们已经相信这种暴发每天发生一百次,甚至更多。 “我们的大型射电望远镜视野开阔,看不到整个天空-因此,在得知它们的存在后的头十年,我们几乎错过了所有的FRB,” Shannon说。

当他与Bales和其他FRB猎人一起遇到超聪明的追随者时,Spitler的身影一闪而过,他们意识到即使没有像Parks这样的大望远镜,也没有广阔视野的仪器也可以检测到FRB。因此,他们开始在人口稀少的澳大利亚地区建造ASKAP,这是一个新的天文台,于2012年构思,并于近期竣工。它拥有36块直径分别为12 m的射电望远镜板,并且与MeerKAT一样,可以协同工作。

要到达位于西澳大利亚州默奇森县的ASKAP,那里生活着很少的人,您首先需要飞往珀斯,乘飞机到默奇森,然后挤进微型单旋翼飞机,或者在150公里的土路上开车150小时。香农说:“下雨时,道路会被冲走,您将无法到达这里。”香农曾两次前往ASKAP,向在原住民的许可下建造的原住民介绍新望远镜,并亲眼看到下一代远程超灵敏无线电观测台。

从技术角度来看,MeerKAT和ASKAP提供了两种截然不同的方法来搜寻FRB。这两个天文台都观测到南半球的天空,在那里可以看到银河系明亮的核心,而北部则更好。它们补充了位于南美的旧的但经过认真更新的天文台Parks和Arecibo。对于MeerKAT望远镜,接收器非常灵敏,能够识别远距离的物体,而对于ASKAP接收器,则是多像素的,并且可以提供更宽的视野,这使望远镜可以更频繁地找到FRB。

香农说:“ ASKAP的车牌不那么敏感,但是我们可以看到更大的天空。” “因此,ASKAP将能够看到自然界中更明亮的物体。”这两个前辈将一起捕食FRB人口的不同部分-因为要“了解全局,您需要了解整个人口”。

MeerKAT仅在2月才开始记录数据,而ASKAP多年来一直在搜索宇宙以寻找FRB。他已经发现了大约30个新爆发。此外,在最近发表在科学工作Shannon及其同事详细描述了一种尽管持续时间短但仍可定位爆发的新方法-这是解决导致超亮辐射的原因的重要而重要的一步。 ASKAP天线可想而知。他们可以看到大部分的天空,捕获尽可能多的突发,但是所有天线都可以立即指向同一方向。这样,他们就可以建立天空的实时图像,并在辐射冲刷地球时注意到毫秒的FRB。这是由Shannon及其同事完成的,并且他们第一次能够检测到称为FRB 180924的爆发,并准确地指示了离我们数十亿光年的星系-并且所有这些都是实时的。

加州理工学院拥有并位于加利福尼亚内华达山脉的欧文斯谷射电天文台(OVRO)的另一支团队最近也发现了一次新的激增,并将其追踪到一个源头 -一个距离我们79亿光年的星系。像香农一样,他们能够做到这一点,而不是只用一个碟子的望远镜来完成,而不必使用直径为10根4.5米天线的天线阵列,其直径称为“深层天气阵列10”。天线作为一块板一起工作,直径为一个半公里,覆盖了150个卫星大小的天空区域。望远镜软件每秒处理相当于DVD的信息量。该网格是“深度天气阵列”的先驱,到2021年建造时,它将包含110个板块,每年能够识别和定位100多个FRB。

ASKAP和OVRO团队共同发现,它们的单发耀斑来自与第一个FBR中继器的星系非常不同的星系。在它们的星系中,恒星的形成非常罕见,与银河系中的恒星形成几乎相同,这使它们与家庭直放站星系极为不同,后者的恒星诞生频率是后者的100倍。这些发现表明,“每个星系,甚至是我们银河系的平均星系,都可以释放出FRB,”来自加州理工学院的天文学家Vikram Ravvi说,他是OVRO团队的一员。

但是,他们的发现也意味着,被许多人认为是重复爆发的爆发源的解释的磁星模型不适用于一次性爆发。香农说,也许ASKAP耀斑可能是两颗中子星合并的结果,就像两年前注意到美国和意大利的引力波探测器LIGO和处女座的那颗一样,因为这两个星系非常相似。 “甚至有点吓人,”香农说。他补充说,有一件事很清楚:发现表明,可能存在几种类型的FRB。

在香农的家乡加拿大,与CHIME相关的兴奋度呈指数级增长。它是与MeerKAT和ASKAP同时建造的,但是这个天文台与它们有很大的不同。它没有板,天线呈长桶形,旨在捕获光。 1月,CHIME小组报告发现了第二个FRB中继器和12个非重复FRB。预计CHIME将探测到更多的爆发,天文学家们希望联合ASKAP,MeerKAT和CHIME能够迅速弄清这些神秘无线电爆发的真实本质。

但是,他们是否通过成功完成SETI(寻找外星情报)实现了米勒的梦想?洛里默说,搜寻FRB和脉冲星的科学家与参与SETI项目的同事紧密合作了数十年。

毕竟,归根结底,描述FRB外来起源的Leib模型不能从根本上被拒绝。洛里默说:“能级与我们在观察中看到的一致,并且没有矛盾。” “作为科学方法发展的一部分,绝对需要鼓励这样的想法。” 他更喜欢找到他在太空中观察到的现象的最简单的自然解释-但在我们直接看到这些FRB的来源之前,所有具有科学性质的理论观念都有权享有生命-它们是否与外星人有关。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN470013/


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