一個電波暴歷100億年才抵達地球，新近探測到的快速電波暴就像是來自早期宇宙的時間膠囊

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一個電波暴歷100億年才抵達地球，新近探測到的快速電波暴就像是來自早期宇宙的時間膠囊


一個強大的電波訊號穿越了浩瀚的宇宙，抵達地球，讓天文學家得以一窺星系年輕、恆星劇烈誕生的時代。

這個訊號名為FRB 20240304B，是一個持續時間僅幾毫秒的快速電波暴，卻蘊含著近80%宇宙史的線索。

這短暫的閃光如今已成為迄今為止追蹤到源頭的最重要的射電訊號之一。

天文學家發現宇宙恆星形成歷史在大約 100億年（10 billion years）至110億年前達到高峰，而這次事件發生在那個時期。

研究表明，FRB 20240304B的紅移值為2.148，這意味著它發生在宇宙僅有約 30億年（3 billion years）
歷史的時候。

簡單來說，它來自遙遠的宇宙歷史，遠在地球擁有海洋、樹木、交通噪音，以及人類仰望星空之前。


來自宇宙正午的爆發
快速電波暴（Fast Radio Burst , FRB）是短暫而明亮的電波能量脈衝。它們如此短暫，以至於人類眨一下眼就會
完全錯過。但對天文學家來說，這短暫的一瞬卻蘊藏著巨大的資訊量。

脈衝在傳播過程中會穿過氣體雲、磁場以及星系間的稀薄等離子體，並沿途收集到某種宇宙特徵。

FRB 20240304B之所以重要，是因為它來自被稱為「宇宙正午 / cosmic noon」的時期，當時宇宙正以已知最快的速度
形成恆星。

作者指出，這項發現 “將局部FRB的紅移範圍擴大了一倍”，並證實了宇宙恆星形成高峰期存在FRB活動。


天文學家 如何偵測到它
該爆發於 2024年3月4日 被位於南非的 MeerKAT電波望遠鏡 偵測到。

由澳洲（Australia）雪梨大學（英語：The University of Sydney）的瑪妮莎·卡萊布（Manisha Caleb）領導的研究團隊
隨後利用 美國 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）來識別這顆暗淡的宿主星系。

這項後續觀測至關重要。由於地面觀測未能清楚發現宿主星系，研究團隊轉而利用 JWST 強大的紅外線儀器進行更深入的觀測，
並透過光譜學方法確認了該星系。

這次爆發的峰值流量接近0.49揚斯基，在1.0吉赫茲頻率散射時間約為5.6毫秒。

這聽起來很專業，也確實如此，但基本原理很簡單。由於訊號在到達地球的過程中穿過了大量電離物質，因此到達地球時出現了
拉伸和延遲。


訊號背後的星系
宿主星系並非像 銀河系（Milky Way）那樣的巨型星系。它是一個小型、團塊狀、低質量的恆星形成矮星系，擁有約
1,000萬個太陽（10 million）質量的恆星，恆星形成速率約為每年0.2個太陽質量。

這聽起來或許不高，但對於一個如此小的星系來說，它已經相當活躍了。

從實際角度來看，這表明該區域是一個年輕且活躍的環境，其中可能在近期形成並爆炸了巨大的恆星，留下了緻密的殘骸。

一種主流解釋指向磁星，即擁有極強磁場的年輕中子星。研究指出，宿主星系質量較低且恆星形成活動​​仍在進行，這有利於恆星誕生
與快速射電暴活動之間較短的時間間隔，因此年輕的磁星是一個合理的候選者。


訊號中的磁性
FRB 20240304B 也具有高度線性偏振，線性偏振佔比高達 49%，而圓偏振僅佔約 3%。

這項細節有助於科學家研究爆發點附近以及其傳播路徑上的磁場環境。

研究團隊測量了 "法拉第旋轉"（Faraday rotation），即磁場扭曲無線電波偏振的方式。在這種情況下，與視線方向上的大量物質相比，
旋轉幅度相對較小。

這意味著什麼？在很大程度上，這表明磁場可能相互纏繞或指向相反的方向，在訊號到達我們的望遠鏡之前部分相互抵消。


這為何改變天文學 ？
快速電波暴（FRB）不僅是奇異的閃光，它們也是「重要的工具」。

每一次 FRB 都能幫助科學家計算那些難以觀測的普通物質，尤其是星系間的稀薄氣體。

FRB的延遲時間與其距離之間的關係被稱為 "麥克夸特關係" （Macquart relation），它已經幫助天文學家追蹤了宇宙中所謂
的「缺失重子 / Missing baryons」。

FRB 20240304B 將這種方法推向了更久遠的過去。

透過觀測到來自如此高紅移的、測量精確的FRB，研究人員獲得了一種新的方法，可以檢驗宇宙在其最活躍的時期之一，氣體、星系
和磁場是如何活動的。


這項研究發表在arXiv。