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第1章 树球计划

二级文明 归零道人 23190 2025-12-04 20:07

  约翰逊说:“这是我们主动采集信息的一个系统,我们需要全方位的捕捉未知但是重要的信息。探测结果信号发送到天球总部,天球总部掌握以地球为中心,很远的观测到的宇宙信息,为人类能够政府宇宙而且了解远方。天球探测计划是每隔一段时间往地方发送一次信息,这个信息会被经过分析之后,存入档案,这是人类开始使用自己的力量全面了解宇宙的计划。这种探测是随时间而进行的一种积累,是全部遍历式的,而有用信息可以增加探测飞船去收集对应的更多的信息。”

  股东说:“那我们需要收集什么样的信息,才对我们有用呢?或者对我们的股票上涨有用呢?”

  约翰逊说:“收集的目标是类地球行星,有充足光能源的恒星,一些有价值的星云等等。但是探测器飞出,无用的寿命已经到了的就仅仅是太空垃圾,而探测出有目的性的,比如在天上的星星中,寻找明亮的,或者是离自己近的。就会自身创造飞船及加强对于目标的探测,并且将信息返回。凡是搜索到的,都是属于我们的,这个应该会有利于股票上涨。”

  股东说:“你派出的是一个搜索飞船,不会有占有权的,你也使用不了有价值的自愿呀?”

  约翰逊说:“派出的飞船自身就需要有探索、采集和自动化工厂组建的功能。在地上会陆陆续续的派出飞船,往夜空中有星星的地方发射,每个飞船各自飞往各自的星星。在此过程中,为了应变突发情况,而这种突发情况概率很高,所以这些探测星需要有全光谱探测能力,可以接收广范围频率的电磁波,这样可以采集到宇宙中各种的不明物质,或许还能为自己所使用。”

  股东说:“我在想象这么一个画面,就算是球形的四面八方的派遣出去,可是一远离,就会变得越来越稀薄呀,这样就会有很大的缝隙给漏掉。”

  约翰逊说:“因为探测范围越来越广,随着远离,探测飞船想稀释作用增加,所以就需要到达一定地点,燃料不够用的时候,就要造出跟自己一样的飞船再向者自己在与中心形成的圆锥角的方向发射适当量的飞船,以作为探测船的防止稀释的作用,这就需要考虑探测器生成自己的能力有多强。”

  股东说:“但是飞船自己造出新的飞船也需要能源呀!”

  约翰逊说:“到达对应恒星目标的时候,探测船在此处停下,继续按照原方向发射生成的探测船,而不停止自己的任务。在宇宙中没有任何星体的理想情况,这些所以的探测船形成了一种球壳状态,这种球壳态是让探测飞船之间距离不要太过遥远而导致稀释探测不到重要的东西。这种大型天球就称之为宇宙学习球。”

  股东说:“这倒是一个有趣的问题,或许外星人正在用这样的方式也在探测我们呢。”

  约翰逊说:“如果每一种外星生命都使用这种探测方式的话,那么外星人水平越高的,这个球的半径就越大,探测的地方就越多。而为了确保能够得到这种探测船信息的稳定性,需要第二次的这种探测计划,这就是同心球计划,为了优化同心球不用离的太近,而为了准确又不能离的太远,这个距离称之为衔接距离。所以可以暂且假设,外星生命水平越高,半径越大,衔接距离越近,同心圆越多。”

  股东说:“虽然听起来很有意义,但是花的钱太多了。”

  约翰逊说:“这样的工程以后很定少不了,如果让别人抢占先机,那我们就处处被动了,还得去用别人剩下的。我们这样做的目的就是为了占用最大的资源。”

  股东说:“这样的技术实践起来也很困难,前期你要造出许多这样的飞船,那不会花很多的钱吗?花那么多的钱,你能作出这样的稳定的系统吗?我很怀疑这一点。”

  另一个股东说:“你这是非但不会还钱,甚至还会跟我们继续要更多的钱,然后就烂尾了。”

  约翰逊说:“做任何一件事情都需要有决心,如果半途而废或者干脆放弃,我们就不会有任何一个机会。”

  紫訫说:“就算你说得有理,你的天球也成功,可是你这是一个新计划。你的飞船如果想要造出新飞船的技术,你想好了吗?”

  约翰逊说:“还在构想中。”

  紫訫皱眉说:“下一次你再来说的时候,就不能构想了,你要有可实施的方案。也要考虑到飞船在飞到稀薄区的地方的时候,材料不够怎么办的问题,你能有在真空中提取物质的技术吗?”

  (1)转发信号的宇宙天线

  约翰逊站起来说:“如果我们需要跟冥王星的人取得联系,但是两个通讯的天线功率很差该怎么办?”

  约翰逊跟李通说:“这里有黑板吗?麻烦用一下。”

  李通示意侍者推入一个黑板。

  紫訫说:“请不要浪费太多时间!”

  一个老股东说:“不要着急,我们喜欢慢慢的了解事情的全貌。”

  约翰逊开始在黑板上画了一个地球和冥王星,约翰逊说:“如果地球和冥王星之间有一个通讯器,但是通讯器的功率没有大到让这两个通讯器快速联系怎么办?”

  大家面面相觑,约翰逊在中间画了一个装置,指着这个装置对大家说:“需要一个转发器的话,就可以解决通讯问题了。”

  一个股东说:“想法是不错的,那为什么我们会需要跟在冥王星的人联系呢?”

  约翰逊说:“冥王星是一个比喻,我们需要跟远的人联系,必须得使用这样的方法。”

  一个老股东说:“为什么呢?”

  约翰逊说:“我们虽然一直在谈开拓宇宙,但是却忽略了如何跟已经远去的飞船互相联系。而互相联系通讯是重要的,这样方便我们了解彼此的准确信息。”

  老股东说:“那你如何放置这样的通讯转发器呢?”

  约翰逊说:“这样的宇宙转发器会根据我们的计算来进行放置,用智能算法来规正它应该在的位置。”

  约翰逊说:“如果单单要飞船把信号发射到地球,离得太远的话,就需要更大功率的发报机,也就需要更大的电量,也就需要更大占地的电池,这样严重影响飞船装上的其他东西。所以在星际航行中,飞船飞过的地方需要铺设太空路由器,需要每走一段都会去铺设一个路由器天线。”

  约翰逊继续说:“如果外星人来地球的话,也会沿途铺设天线和路由器。”

  ……

  这时confused带着发报机进入了会场,股东们纷纷把目光放在confused手中拿着的发报机上。

  confused说:“不好意思呀大家,我来晚了。”

  约翰逊这时看到了confused手中的发报机,尽管他还没有成功的通讯转发装置,但是他心中有了完善的理论构想,从这个发报机的制造结构和操作系统上,他促类旁通,马上就明白了这些。

  约翰逊明白了这时紫訫叫老朋友来救场的,但是股东们怎么能看懂这些呢?约翰逊只能硬着头皮撒谎说:“这个是我们的初级的产品。”

  confused说:“这时一个发报机,不要求你们会做什么事情,仅仅就是需要看一下这个东西。”

  这时紫訫愤怒的说:“蠢货,居然用这种半成品糊弄我们,你们平时是干什么吃的。”

  confused没说话,他淡定的启动了这个装置,其中的系统由一些不懂的外星语言改成英语的,方便识别这样的系统。

  confused一边操作着,一边对股东说:“你们看一下,这里面的东西,可以跟极为遥远的未知文明联系。”

  一个股东笑着说:“你怎么能肯定这一点呢?”

  confused说:“首先,我在研究这个系统的时候,里面有一些网状的数据结构,这些网状上的每一个节点都是一个转发器。”

  股东说:“你还是无法证明,这不是你自己乱写的东西,而是一个真正的可以发向太空的机器。”

  confused说:“成若密是用射电望远镜,探测到了深空KIC12321信号,在语言学家朗戈和桑博乐的帮助下,寻找到了一些只言片语。”

  股东开动一下脑筋说:“先不说只言片语的事情,你先给我说说,刚刚约翰逊说我们跟远方联系需要中转站,那么这个深空KIC12321信号具体位置在哪里?”

  confused说:“KIC12321在星图的一个位置,距离此处是1500光年左右。”

  股东连想都没想过的说:“两者之间是否有中转站?”

  confused说:“有2个中转站,离地球最近的是约500光年左右的,以此是约1000光年的中转站?”

  股东说:“你说的那个信号就是500光年的中转站发来的吗?”

  confused说:“没错。”

  股东说:“如何证明?”

  confused说:“其中有必要的一些类似的TCP协议的握手的东西之外,还有外星人相互沟通之间必须要有的时间、数学、字典、信息这三种东西。而这个信号中就有这些内容,而且其中包含了字典,所以才让我们读懂了这是一个通过宇宙中转站设立信号的发报机。”

  股东说:“其中的信息说了写什么?”

  confused说:“正在确认中,但是……”

  (2)中转站附近一定有东西

  老头说:“你的发报机不是收到了1500光年的信号吗?”

  confused说:“对呀!”

  老头说:“中转站的运行是需要能源的把?”

  约翰逊说:“那是肯定。”

  老头说:“那中转站的附近肯定有比较划算的能源吧?”

  约翰逊说:“没错,你很对,那样才能方便供应……”

  老头说:“在你这个发报机的基础上,作出一个东西,随后能证明给我看,这是你们所说的这一切系统带来的,还得必须是我满意的。不能给我一个包装好的虚假的游戏,我能通过我自己的知识判断出来这是真是假。是一个可以用发报机通过远程来控制远方的勘探器的那种系统,一定得是真的,假的我可饶不了你们,你们一个也跑不了。”

  (3)连射炮

  confused说:“有了这个发报机,也省去你重新去制作星图了。”

  约翰逊说:“为了自己在宇宙中的战略安全,制作星图系统也是很重要的,不能只去依靠别人的东西,这个发报机有重要的借鉴作用。”

  约翰逊说:“现在的当务之急就是靠你的发报机了,能够找到中转站吗?”

  confused说:“我觉得你会比我更懂这些,唯一个让我无法理解的是500光年这么远的距离,就算那里对这有反应,光的速度是最快,我们用电磁波发射,来回就要1000年时间,老股东说验证这样的话,是在捉弄我们吧。”

  约翰逊一边弄这发报机,一边说:“其实,也就是这个老人是我能够做成项目的唯一的机会了,其他股东根本就不同意。”

  confused说:“嗯,我也觉得那个老者很特别,像是个很有学问的样子,我听紫訫说这个老者叫唐少,曾经也是做理论物理学的,研究过相对论,造诣很深。”

  约翰逊尝试着点开了,他认出了中转站的控制系统,并且进入了中转站的维修机器系统。发报机界面呈现出一个组建和维修的界面,而且是在离中转站附近的陨石群上。

  约翰逊尝试控制了这个维修系统,发现这个修组中转站的这个东西,可以被控制到。

  可是这里面还有更多约翰逊难以理解的系统,约翰逊从界面中看到了地球发报机与中转站之间的传输线有一套极为精密的数字标记,而且在太阳系附近有一个长得疑似一个巨大金字塔的东西,这个金字塔时不时的往外发射着像是一个极为精密的复杂的炮弹或者是火箭之类的东西,发报机对这些东西也可以控制,就是里面可调控的参数多得吓人。

  约翰逊也难以理解500光年远的东西是如何做到快速传递的。

  约翰逊接到了雷真的电话,雷真对他命令的说:“你还是需要即刻赶到金厅会场,因为股东虽然通过了给大会议投资,但是好像要准备将天球计划除名,一个叫唐少的股东要把经费投给阿贝尔的磁力控制场,那时候大斜边就会拿掉属于你们天球的经费。”

  约翰逊大为震惊,没想到这么短时间内,又开始开会了。

  约翰逊只能硬着头皮,带着发报机继续去会场。

  这时雷真已经到了会场低头坐着,金焸冷眼看着他,紫訫依旧主持会议,看起来也有些疲惫。这时阿贝尔带着自己的磁力学装置开始展示自己的各种远程遥控移动和变形的东西。

  大家对阿贝尔的磁控装置赞叹不已,纷纷夸奖这是‘隔空取物’,像个神仙拥有魔法一般。

  唐少说:“我原来也学过物理,理论上讲这些也容易实现,但是实际操作是十分困难的。”

  阿贝尔说:“最大的困难就是使用数学来计算省电的合理构架,有精细的数学计算才能做好这一切。”

  约翰逊直接摆弄着发报机中的中转站控制系统界面。

  阿贝尔很快就看懂了这一切,阿贝尔对约翰逊说:“这是你做的吗?”

  约翰逊给了阿贝尔,阿贝尔也开始操作发报机,然后控制了发报机中的中转站组建装置,自己在组建着自己想要的东西。

  阿贝尔随即将发报机的外壳卸开,然后开始观察里面的机器装置和电路,之后把随身携带的万用表和示波器连上红线和黑线之后在芯片电路上点来点去,之后自己用焊接器焊上自己的芯片。

  约翰逊说:“你往这里导入了什么东西吗?”

  阿贝尔兴奋的说:“我往那个组建中转站的机器上发送过去一个文件,这个文件命令机器可以帮我组建出我想要的东西。”

  阿贝尔说:“陨石上有很多我需要的理想材料。我可以制造一个发射装置。”

  唐少这时对约翰逊说:“我要验验真假了,这是个比较简单的方法。”

  阿贝尔说:“要是真的,就能验证两件事情了。”

  约翰逊脑子里没有反应过来。

  阿贝尔说:“陨石里又很多铁的合金,组建的机器可以识别这些材料,然后修建一个发射炮,可以修建多级连射炮弹,根据我的计算,就可以射出超快速炮弹。”

  约翰逊说:“炮弹,那你怎么弄火药?”

  阿贝尔说:“我刚刚控制中转站探测到周围又很多三硝基甲苯的分子,可以作出相对于形状的炸药来坐炮弹火药。”

  (4)狭义相对论之误

  约翰逊说:“超快速是多快?”

  唐少说:“远远超光速。”

  约翰逊笑着:“亏你还是做过相对论研究的,还说这个。”

  唐少说:“狭义相对论认为,物质的运动不会超过光速,可是星空中的各种天体都是任意的,不好说任意两个天体的相对速度是在光速之内,难道说为了迎合全宇宙中的每个天体,还需要做他们之间的低于光速的运动?想想都不可能对。但是为什么电磁学会支持狭义相对论公式,那是因为光是电磁波。光这个电磁波最快速度为c,那么探测到的物体最快为c,是因为探测的是电磁波,而探测到电磁波只能是c,不能比c快吗?不是!是因为我们没有见过比c快的装置,在迈克尔逊莫雷干涉实验上,我们看到了光的相干没有达到预期,所以没有以太而且有了狭义相对论的这种古怪结论,但是光的相干没有达到预期还有很多种原因,甚至还会有光子的量子效应所引起或者是在大气中受到了索菲实验的限制等等。”

  约翰逊说:“那迈克尔逊莫雷实验说明了什么?”

  唐少所:“迈克尔逊莫雷干涉实验只能说明光子没有以太这个媒介,说明波粒二相性,但不能说明是宇宙中运动最快的物质。只能说是探测到的都是这个速度而已。也许这也是一种量子力学现象。”

  约翰逊说:“那你如何理解迈克尔逊实验本身的现象,为什么光子没有以太,也不会有相干反应?”

  唐少说:“我对此的理解,可能是光子的量子化导致的。”

  约翰逊听后,扑哧一笑,继续说:“那广义相对论中水星进动实验难道是不成立的?”

  唐少说:“广义相对论直接就可以理解成引力可以对光子造成影响,这个影响本身就是用牛顿力学测量水星时没有考虑到的,所以一开始考虑了引力场对光子吸引所产生的影响的话,那就肯定可以计算正确。广义相对论的其他效应是存在的,在不同引力场中经历的时间是不同的。”

  约翰逊说:“难道真空中的量子涨落,不能成为阻碍光子快速运动的因素吗?”

  唐少说:“或许真空涨落,成为任何运动的障碍,限制到光速,但是真空涨落在宇宙中如何运动?这本身就是个矛盾,不管是不是不同量级的涨落会有不同的存在和运动,但就这个道理是难以成立的,所以光子这个东西只是人类的一个探测媒介,还不足以有说明其他物质的资格。”

  约翰逊说:“那什么有资格呢?这个难以说清楚。我们没有做过实验,去看宇航飞船加速到相对地球超过光速的实验,那时电磁波也显得变慢。但是飞船时间的运动确实在加快,不出所料就会很快到达许多星体,所以只是看看发动机而已。”

  唐少说:“如果有超光速物质过来时,如果只有电磁波的探测媒介,那我们肯定是不能够准确探测到这个东西的。”

  约翰逊说:“那么既然飞船在深度空间中能够加速到比光快的速度,为什么先驱者探测飞船就没有能够飞的超越光速呢?或者是诸如此类的证据或者计算呢?”

  唐少说:“那是因为,在地球附近飞行,不论多快,也要受到引力的影响,所以如果加速度不够大的话,就难以短时间的有超快速飞行,而在太阳系中还受到了太阳引力的影响,所以不会轻易的快过光速,如果想要有更快的速度,就需要有强推力发动机,克服引力,飞在拉格朗日适宜点,就会有着超快的速度。”

  约翰逊说:“如果狭义相对论确实是错的,那么就需要重新计算很多东西了,其中也有很多高能宇宙线,我们需要重新计算宇宙线的速度。”

  唐少说:“没错,需要知道之前都是怎么算的,现在应该怎么改,应该都符合牛顿力学了。”

  约翰逊说:“说起来,薛定谔方程也是用牛顿力学实现的,相对论方程不能用。即使狄拉克方程到量子场论之间都会有各种怪异的问题,比如什么发散和重正化。”

  唐少说:“如果现在测量到的粒子速度,都是用爱因斯坦能量方程。如果改成牛顿的呢?那就肯定能够轻松的找到超过光速的粒子。”

  约翰逊说:“听起来似乎很合逻辑,但是如何证明这一点呢?如果高能宇宙线是远远快于光速的,那将是另外一个图景。”

  唐少说:“如果无法证明的话,不妨先假设这就是正确的。直接就按照经典力学的方式来计算这些高能宇宙线来这里的时间。”

  约翰逊说:“在尺度大于10的负16次方厘米的时候,量子电动力学还可以符合的很好。”

  阿贝尔继续操控这发报机,在大炮上搭建了被控制系统,上面显示的是对地球的一个准心。

  约翰逊对阿贝尔强大的创造力惊叹不已,唐少这时开始激动的说:“要发射了。”

  阿贝尔启动了连射炮上的发射装置,在发报机控制屏幕里显示了这是一个多级连射炮,这种连射方式要是傅责给的技术。

  在炮发射之后,炮弹飞入遥远的宇宙,阿贝尔还在发报机中调整着方向,以防止出现方向偏差,之后炮的方向对准后,开始二级发射,之后再调整对地球方向,再发射,再调整,再发射,直到第六级发射后。

  这时听到天空中轰的一声出现了爆炸,唐少惊住了。

  为了正是关联的,不是巧合,阿贝尔又发射了第二次,跟第一次那样,还是经过六次发射后,听到天空中轰的一声响。

  第三次后,还是听到了炮声。

  阿贝尔激动的说:“这是来自五百光年远的炮弹。”

  (5)引力波探测阵列

  Corps说:“我们在想这应该是关于引力波的结果。2015年LIGO探测到阵列以来,为了能够发展对于引力波探测的发展,大会议通过了对于引力波的探测计划,这个计划第一是为了验证引力波速度的计算,和对于宇宙的引力波图景的计算。”

  雷真说:“我听说过,是一种引力波探测计划。”

  Corps说:“初期建立的100个大型干涉仪建成后,主要目标就是探测银河系中心的引力波剧烈活动区域,确定了多个超大质量恒星的运动后,验证引力波运行的速度。”

  雷真说:“看来是个精密仪器,能有结果吗?”

  Corps说:“前期结果让人觉得混乱,难以理解,不过按照金厅会议上唐少的猜想,引力波的速度会很快,运动天体的质量越大,引力波的速度就越快。想要验证这个结构就需要统计引力波的样本,知道了很多高质量天体的涟漪之后就可以算出多大质量的天体可以快速传播多快速度的引力波的关系。这可以改变现在现在物理学的根基,不可超过光速的理论就可以打破,可以重新修正相对论。”

  雷真说:“那就引入唐少的结果计算,可以消除狭义相对论这个错误的物理构架。”

  Corps说:“谁说不是呢,这个估计都可以拿诺贝尔奖了。探测引力波还可以作出许多天文工作,在初级阶段肯定都是高质量区域的天体会测量的很清楚,尤其是银心处位置,可以看到很多结果。发展之后,可以看到很多中等能量的天体,之后就可以去配合光学、红外、紫外、射电、高能粒子阵列探测器去研究天文学,甚至引力波把质量作为绝对指标,可以更准确的还原天体的质量分布信息。”

  雷真兴奋的说:“那现在有什么结果吗?”

  Corps放下喝了一半的茶,跟雷真说:“那就到引力波研究中心去看看,我觉得今天就可以出现很多有趣的结果。”

  两个人坐飞机后再倒车来到了America引力波实验室,雷真看到令人振奋的100个大型激光干涉仪在戈壁滩上排列着。

  Corps对雷真说:“我认为你很了不起,在金厅里居然引出一个旷世奇才,谁能料到一个有钱的大亨回去如此细致的研究物理学呢?”

  雷真说:“不说技术的问题,单单说这个事情就很有趣。为什么南极战争完了之后,就会出现太阳异动呢?如果是外星人所做,那么外星人是如何用引力波呢?要知道制造引力波是一个极端复杂和困难的事情,一般人轻易做不出这么复杂的事情来。”

  a)引力波望远镜算法

  Corps说:“想要弄出一个像样的引力波,必须要移动大型物体呀!”

  雷真说:“要是真的,那个黑衣就是在直接或者间接的移动的大型物体导致太阳出现异动。那我们需要去查看一下引力波出现的源头。”

  Corps说:“那道也是,肯定有足够强烈的源头,而且我们的引力波干涉站也有保存数据用来研究。”

  雷真说:“对嘛,可以为我们所用,不是很好吗?”

  车辆到达了观测中心,由于没有提前通知,又因为雷真是刚刚任职大会议董事,所以很多人看到Corps之后都把眼神投过来给Corps打招呼,对这个新来的年轻人都还不认识。

  Corps对雷真介绍这里都是引力波阵列课题组的,也对课题组的人介绍了大会议的年轻董事,课题组的人都很激动,大家都很希望大会议核心的人能了解他们课题的一线情况。

  他们正在求证将引力波理论进行换算的一个模型,唯一有些困难的是,对于不同引力物质释放出的引力波的速度的关系比的计算十分复杂,需要找到一个数学方程式拟合这一过程。

  需要尝试几个不同的相关公式,这种公式在数据中带入求证最后的时空画面,然后在将这些时空画面与现实中的星空对照。

  这种对照工作已经进行了一段时间,对质量大的天体进行的对照,都是引力波速度快的类型。对距离近的都是可以快速求证的类型。

  引力波速度快的,如果太遥远的话,就不能在短时间内验证结果,因为验证结果的观测都是电磁波的观测,由于电磁波速度太慢,所以需要等待电磁波用漫长的时间遨游到这里。

  如果引力波呈现了结果,无法对照,也是一个折磨人的漫长等待,需要很多年时间才能验证,而且自认为质量越高的,就会等越久。

  质量高的比起质量低的引力波信号信噪比更高,所以大家还是采用对质量高的引力波进行分析。为了能够得到靠谱结果,大家一致认为选择银心,因为银心很久以来一定都是高质量的密集区。

  如果能够合出一个越靠近银心质量越高的引力波,切靠近银心引力波越快出现适合当下银河系模型,而且要考虑到银河系耗散的衰减效应,引力波观测到的结果比当前的银河系要小那么一些。大家按照地球到银心大约6.5万光年的距离,计算当前看到的是6.5万年后的结果,那此刻观测的极高质量黑洞等天体的引力波结果是银河耗散在6万年后的样子。

  大家把大致结果汇报给雷真后,雷真说:“那你们能够猜到银河系约6万年之后的样子吗?”

  其中一个科研工作者说:“我们不能说完全知道演化过程,我们只能看天空中所有的2亿个星系中比较明亮的170多个标准的从婴儿到老人的星系,大概可以计算出跟我相同的和耗散6万年后的样子,一对比就可以计算出来。”

  雷真很钦佩的点了点头说:“2亿个星系是你们的引力望远镜观测的吗?”

  科研工作者说:“是射电望远镜阵列看到并计算确认的。”

  雷真说:“170多个这个看得清楚的,是大会议天球部确认的?”

  科研工作者很钦佩雷真的才华,很赏识的说:“没错,正是。”

  另一个科研工作者说:“根据理论,如果确定了这170多个星系的距离,我们还要做对应的换算来确定这个引力波超快速理论的正确性。”

  许多漂亮的结果出来了,果不其然,唐少的猜想得到了验证。引力波阵列探测器根据涟漪的变换,成功的还原了银心的结果。

  可以以此找到了天体运动的规律,引力波理论开始更新成这种理论,将大质量引力波传播的模型建立起来。

  雷真对Corps说:“没想到我见证了这一切,你们可以用引力波反演出一个更加真实宇宙了。”

  Corps说:“当然了,这个结果令人震惊。”

  雷真说:“那么当务之急就是找到第二次南极战争结束后的数据。”

  所有人愣住了,不知道雷真说什么,其中一个科研工作者开始调出了那一天的数据。

  Corps要求将太阳附近的数据调出,将信号结果按照动态图的方式播放出来,结果发现了有一段极强引力波来源于天鹅座,之后太阳内部出现引力波紊乱,虽然微弱,但依旧可以检测出来。

  这时Corps联系成若密将射电波望远镜在那一天的结果发出来,发现有从南极地区发射出了特定的强烈的电磁信号,时间标注刚刚在太阳引力波紊乱之前。而且还从天鹅座那里发来了电磁信号,看起来像是智慧生命体信号。

  Corps对雷真说:“看来有一个可以制造引力波的大型阵列在天鹅座方向。黑衣人用自己的远程遥控装置控制了那里的引力波运转,使用特定频率之后影响了太阳,使得太阳变得的异常。”

  雷真说:“大会议需要加强自己的战略目的,将天鹅座的阵列控制列为大会议近下来的重要目标,这是地球人宇宙权控制的重要意义。”

  这时Corps和引力波观测站的人对雷真肃然起敬,他们看到一个有为之君在这里诞生,每个人心里十分高兴也异常激动。

  Corps在为天鹅做会有什么样的可以控制引力波的东西而陷入思考时。

  雷真对Corps说:“既然想不清楚,就需要去南极亲自调查真相,看是否有特殊的射电信号,如果有,可以用大会议的能力破解这个信号。那人类需要长途奔袭到那个地方,只要遥控阵列就可以为我们所用了。”

  Corps觉得很有道理的点点头。

  b)如何检验引力理论

  所谓的引力红移,就是指光的波长在引力的作用下被“拉长”的现象。

  我们虽然不能直接观测钟,但是我们可以通过观测太阳表面的原子,和地球上的原子相互对比。在这里,我们需要观测的是原子发射光子的频率,显然,这里指的是固有频率。顾名思义,同一种原子,发射同样的光子的时候,其频率应当是一模一样的。而太阳附近的原子,由于上述效应,显然它发射原子的频率要小,这也就是所谓的红移。

  我们之前提到过,引力波是一种度规波,这意味着它拥有比电磁波更多更丰富的偏振模式。理论上讲,引力波可以有6种偏振模式,但是这是双臂引力波探测器所难以探测的。目前我们只能肯定引力波有两个方向的偏振,但是并不知道到底有没有剩下4种。若想探测到额外的那几种,我们必须要用更多臂的引力波探测器,这无疑会大大增加工程难度。现有的几个探测器都是双臂探测器。

  事实上,我们还可以把引力波源按照频率分类:

  高频(10赫兹到10^4赫兹);

  低频(10^-4赫兹到10^-1赫兹);

  甚低频(10^-9赫兹到10^-7赫兹);

  极低频(小于10^-14赫兹)。

  每一类引力波源对应的天体是不同的。不同来源的引力波组成的引力波背景亦可检验引力理论。

  ……

  制造引力波望远镜,会探测到高质量黑洞等大质量天体。

  对于噪音和超远大天体进行区分。

  c)没有它们,给你引力波你也不认识!

  目前LIGO-Virgo官方证认的50个引力波信号,包含了GWTC-1和GWTC-2,

  自2015年LIGO探测到首个引力波事件GW150914以来,引力波天文学已取得长足进步。从寻找信号,到推断波源和族群性质,再到检验广义相对论,几乎所有引力波数据分析过程都离不开精确的引力波模板。

  引力波模板是什么?在引力波模板构建中的过程中,数值相对论又扮演了至关重要的角色,它又是怎么发展起来的?

  数值计算不稳定是不是因为所计算的偏微分方程本身就不稳定呢?针对这个想法,若干的数值相对论工作者从偏微分方程的角度出发分析计算所用偏微分方程的双曲性质。人们发现,虽然各种各样的用来数值计算的偏微分方程形式都来自于原来的爱因斯坦场方程,但各自的偏微分方程性质却千差万别。

  实际上,从数值相对论的“能算”到引力波波形模板的建立,中间还隔着遍历参数空间的问题,仅带有轨道进动的圆轨道双黑洞模板由15个参数来描述,如果是带有轨道偏心率或者包含中子星的模板则需要更多参数来描述,人们把这个问题称为数值相对论问题中的维数灾难。

  d)发现的6个引力波

  如今确定的引力波事件已经增加到了6个:位于美国汉福德和利文斯顿的LIGO探测器在

  第一次探测时(O1)发现了GW150914和GW151226,

  第三个被发现的LVT141012目前还没有准确的定论。

  GW170104是目前为止最远的(距离29亿光年)黑洞合并,是目前最远的。

  GW170814则是与意大利的处女座引力波探测器合作得到的结果。

  GW170817取得了重大的突破,因为这是首次探测到的中子星的融合。

  来自六月的信号GW170608是LIGO-Livingstone在2017年6月8日发现的,但不是通过自动搜索的算法,而是通过视觉监察发现的。

  这是迄今为止经过验证的质量最小的引力波事件。在已有的观测数据中,只有GW170817引力波的两颗中子星的质量比GW170608小。两个分别相当于12个和7个太阳质量的黑洞,在距离我们11亿光年之远处发生了融合。两个黑洞融合的结果,是一个拥有18倍太阳质量的黑洞,而这其中失去的1倍太阳质量以引力波的形式辐射向宇宙。

  江坎尽最后还是决定使用哈特福德的数据:它的探测器无法精准确认超过30Hz以上的数据,因此最后GW170608作为质量最小的成员加入了黑洞合并的大家族。

  e)引力透镜下引力波

  最近,一个大会议天球部研究了这种效应以及它将如何改变我们对引力波事件的认知。他们发现了一些有趣的事情。

  首先,穿过透镜的引力波会使其源头看起来比实际更近,就像穿过透镜的光看起来更亮一样。

  这引发了我们对已经观测到的引力合并事件新的思考,因为成若密正是利用了引力合并的距离来测量宇宙的规模和膨胀。

  大会议天球部还发现,穿过透镜的合并事件的引力波的整体形状与未穿过透镜的合并事件的引力波的形状会有明显不同,因此原则上我们可以区分穿过透镜和未穿过透镜的引力波。通过观察目前为止LIGO和VIRGO探测到的黑洞合并,大会议天球部发现它们都没有受到引力透镜的影响。

  f)宇宙背景引力波叠加探索

  100米绿岸射电望远镜在过去15年已经测量了数十个脉冲星的频率。

  成若密终于听到了他们认为来自我们宇宙庞然大物——超大质量黑洞的引力波的隆隆声。

  自2004年以来,NANOGrav一直在监测来自银河系脉冲星的规律性闪光。脉冲星是死亡的恒星,这些如城市大小的星体由爆炸的大质量恒星的核心物质锻造而成,重量相当于整个太阳,每秒可以旋转数千次。脉冲星的规律性脉冲使得其称为宇宙中极其精确的计时器,而这样的特性进一步使得它成为探测时空的涟漪——“引力波”的理想的“烽火台”。

  首先,通过脉冲星发现的引力波并不都可以追溯到单个合并事件。它们将形成所谓的引力波背景,即整个宇宙中累积的所有引力波相合并产生的时空“沙沙声”。另一个重要的区别是,这些波的波长都接近我们太阳系的大小,这使它们更难被发现。然而,引力波在经过脉冲星遍布的宇宙空间时,巨大的时空涟漪会令脉冲星自旋产生微小偏移,从而揭示它们的存在,使得观察者可以通过艰苦的测量来瞥见它们。

  NANOGrav现在正在监测68颗不同的脉冲星,它们形成了一个天然的引力波探测器,大小与我们银河系相当。

  研究人员计算出,通过不同的脉冲星检测到的引力波背景信号时会根据其所在位置略有变化,但这种变化可以预测。

  江坎尽声称,这批数据正显示出了这种相关性。“这是整块拼图真正令人兴奋的一块,它开始让你相信他们真的在探测合并的黑洞,”格林说。

  随着NANOGrav和其他脉冲星计时阵列继续他们的工作,江坎尽不仅希望了解哪一类物体正在产生引力波背景,而且还希望开始看到来自不同的超大质量黑洞对的信号从背景噪声中出现。

  “真正的考验将是检测单个合并事件,”乔治梅森大学的天体物理学家Shobita Satyapal说,他没有参与这项新研究但仍为之感到兴奋。

  可以非常精确地记录我们候选的脉冲星,”

  g)纳赫兹引力波

  2015年,激光干涉引力波天文台(LIGO)首次探测到了两个黑洞并合产生的引力波,此后成若密从数十起此类事件中捕获了引力波。

  理论预测,纳赫兹引力波主要由超大质量黑洞并合产生,但由于纳赫兹引力波引起的时空改变非常微弱,周期长达数年,其探测非常困难。目前唯一已知的探测手段,就是利用大型射电望远镜长期观测一批自转极其稳定的毫秒脉冲星。引力波经过了地球和脉冲星中间的区域,就会改变脉冲到达的时间。因此,如果利用大型射电望远镜长期测时观测一批自转极其稳定的毫秒脉冲星,并发现多颗脉冲星同时发生某种规律性变化,就代表着探测到了引力波。

  h) FAST发现引力波踪迹

  利用中国天眼FAST,探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据。

  引力波可以直接跟踪宇宙中有质量物体的运动(不管是否可见),利用引力波观测,我们能够捕捉到“黑暗”的蛛丝马迹。比如,2015年人类第一次探测到的引力波GW150914,就是距离地球10亿光年之外的一个遥远星系中两个恒星级黑洞发生了并合,人类能知道这个过程,这在以前是不可想象的。

  i)黑洞透镜望远镜

  透镜化是研究引力波的重要方式

  那就需要精确确定黑洞所在位置和运动的关系,通过黑洞多个望远镜的对焦,我们可以确定更远距离的星系的摸样。

  那就只需要把天文的数据全部记录下来,确定每个方向的具体信息。

  然后确定黑洞的信息,排除掉扭曲的不真实的价值。

  确定了那几个黑洞之后,看有那些黑洞可以准确天然对焦。

  对焦之后,就会对扭曲的数据进行是一个在更远的地方的合理推测。

  甚至要对更远的黑洞所反应的信息来推敲更加遥远的情况。

  会不会找到太空中所有合适的黑洞,刚好对焦,然后让我们看到任意远的距离?

  j)穆斯堡尔效应探测引力波

  穆斯堡尔效应是由鲁道夫·穆斯堡尔在1958年发现的,涉及到固体中原子核无反冲地发射和吸收伽马射线。由于反冲能量被整个晶格吸收,使其可以忽略不计,这种效应允许极其精确地测量能量偏移。穆斯堡尔光谱学的高精度已被用于包括固态物理、化学甚至广义相对论测试在内的各个领域。

  利用穆斯堡尔共振的高精度来探测引力波引起的微小能量偏移。当引力波通过某一区域时,它会导致时空的周期性拉伸和挤压,进而引起原子核能级的变化。这些变化可以作为穆斯堡尔共振频率的偏移被检测到。

  该方案涉及一个静止的穆斯堡尔伽马射线源和吸收器。静态引力场的存在至关重要,因为它影响检测机制、同位素选择和灵敏度预测。109Ag同位素由于其对能量偏移的高灵敏度,被认为是一个合适的候选者。

  高灵敏度:穆斯堡尔效应允许检测极小的能量偏移,使其对引力波引起的扰动高度敏感。这种灵敏度在kHz到MHz的高频范围内可以与现有的引力波探测器竞争。

  紧凑性:与LIGO等大型干涉仪不同,基于穆斯堡尔效应的探测器可以小得多且更紧凑。这使得在不同地点部署多个探测器成为可能,从而增强了三角定位和准确定位引力波源的能力。

  噪声减少:穆斯堡尔方案的静止特性有助于减少来自振动和其他环境因素的噪声。通过关注共振高度偏移的时间变化而不是绝对高度,该方案避免了无法控制的能级不确定性。

  k) 7倍光速

  这个事件被称为GW170817,是首次发现由双中子星并合辐射出的引力波。

  就在探测到引力波的1.7秒后,大会议的费米大会议天球部在同一源头探测到了伽玛射线暴,这是首次探测到引力波的电磁对应体。之后,世界各地的成若密利用地面和空间共70个天文台对这一事件进行了观测,并且都探测到了相应的电磁波(包括伽马射线、X射线、可见光和射电波)信号。毫无疑问,这是天文学界前所未有的一场盛事。

  成若密结合了天球部大会议天球部、盖亚卫星,以及多个射电望远镜的数据,以极高的精度测量了双中子星并合产生的离奇的“超光速”运动。

  GW170817所释放的能量与超新星爆发相当,这使得成若密推断双中子星最终应该坍缩形成了一个黑洞。

  当黑洞形成后,其强大的引力开始吸引周边的物质。这些物质形成一个快速旋转的吸积盘盘,并产生了从两极向外喷射的喷流。高速运行的喷流撞击到这对已被摧毁的中子星周围的物质上。

  碰撞爆发出了相当于超新星爆发的能量,在碰撞的余辉中,一股能量束以接近光速的速度被喷射出来。

  成若密利用天球部大会议天球部来测量被喷流撞击的物质团的运动,他们发现,当喷流从爆炸源飞驰而出时,物质团会向外移动,就像一片叶子会卷入花园软管喷出的水流之中一样。

  想要测量这个物质团的运动轨迹,需要结合从天球部大会议天球部和射电望远镜收集到的精度极高的测量结果才能做到。令人惊讶的是,天球部大会议天球部的测量结果显示,喷流以光速的7倍的视速度运动;射电观测结果显示,喷流的视速度后来似乎减慢到了光速的4倍。

  无论是7倍光速还是4倍光速,可以肯定的是,这种“超光速”是一种光学错觉!在现实中,没有任何东西的速度能超过光速。这种罕见到令人难以置信的现象,被称为视超光速运动,当粒子以非常接近光速的速度运动时,就会发生这种现象。

  在中子星并合之后,最初爆炸产生的喷出物会在并合形成的黑洞周围形成一个壳。从围绕黑洞的吸积盘中喷出的物质喷流,首先会与喷出物发生相互作用,形成一个宽阔的“茧”。在这之后,喷出物会“破茧而出”,以极高的速度进入星际空间。

  视超光速运动运动出现的原因是喷流以接近光速的速度飞行,并且与我们的视线存在一个小的角度。由于喷流的移动速度接近光速,所以当喷流中的粒子发出一点光时,粒子不会落后于它发出的光太远。当经过很长一段时间,粒子再次发出一些光时,它会与第一次发出的光非常接近。当光抵达我们的视线时,粒子就会显得比光移动得快。

  其实,成若密之前已经在其他宇宙天体中观察到这种错觉,包括从M87星系中喷出的接近光速的喷流。到目前为止,所有的超光速运动都可以用数学来解释,并不会违背已知的物理定律。

  几年后的今天,在综合从大会议天球部和其他望远镜收集到的数据后,成若密终于描绘出了这次碰撞产生的喷流的完整画面。在新论文中,他们计算出,这些喷流在发射时,是以至少是光速的99.97%(0.7亿千米/小时)的速度穿过太空的。

  这样的结果不仅为相对论喷流的存在提供了证据,也为成若密长期以来认为的,中子星并合和短伽马射线暴之间的联系提供了证据。可以说,这项工作是正在进行的对这些异常碰撞的研究的一个重要分水岭,也是时域和多信使天体物理学这一新兴领域的重大突破,它为更精确地研究中子星并合铺平了道路。

  在未来的几年,当拥有足够大的样本时,相对论喷流观测就可能会为测量天球部常数(与宇宙膨胀率有关)提供另一种途径。目前,天球部常数对早期宇宙和邻近宇宙的估计值之间存在差异——这是当今天体物理学中最大的谜团之一。更多关于相对论喷流的见解,将有望为试图解决这个难题的成若密提供更多的信息。

  ……

  狭义相对论可能就是不对的。

  (6)伽马射线暴

  l)最强伽马射线暴

  一个异常明亮且持久的高能辐射脉冲信号。这一现象吸引了世界各地成若密的注意,他们纷纷将望远镜对准那部分天空,想要更多地了解这场不同凡响的大爆发。

  编号为GRB 221009A的伽马射线暴源自于天箭座方向的天空。

  这一强大的信号源自一个伽马射线暴。

  距离地球约24亿光年之远的地方。

  这很可能是迄今为止观测到的威力最大的一次伽马射线暴。

  成若密认为,它很可能源自于一个新诞生的黑洞。

  伽马射线暴分为两类,持续时间从几毫秒到几小时不等。持续2秒以上的长暴,它们通常伴有明亮的余辉,往往与有快速的恒星形成的星系有关。成若密认为,长暴与大质量恒星坍缩形成中子星或黑洞有关。

  持续时间不到2秒的伽马暴被认为是短暴,通常来自很少有恒星形成的区域。成若密认为,短暴可能是两颗中子星并合的结果,或者一颗中子星与一个黑洞并合形成一个千新星的结果。这一假设在2017年得到了证实,当时,LIGO合作组捕捉到了两颗中子星并合时发出的引力波信号,同时还有一个与千新星有关的强大的伽马射线暴事件。

  新发现的GRB 221009A属于长暴,它很可能代表着一颗新黑洞的诞生。当黑洞形成时,会驱动强大的粒子喷流。这些粒子喷流被加速到接近光速的速度,然后穿过前身星的残骸,在流入太空时发射出X射线和伽马射线。当这些喷流的方向大致指向地球时,就能以明亮的X射线和伽马射线闪光的形式被探测到。

  有报告称,GRB 221009A事件的高能辐射干扰了地球电离层,影响了长波无线电传输。

  寻找高能光子的探测器发现了能量高于任何大型强子对撞机所能产生的任何粒子。中国的高海拔宇宙线观测站(LHAASO)也对这一事件进行了探测。LHAASO能观测到大量高能光子,最高能量可达到18 TeV(太电子伏特),它将有助于我们理解,这些高能粒子是如何打破我们对物理学的标准理解,在历经24亿光年的距离后仍然能够存活下来的。

  m)γ射线暴的余辉——新的“标准烛光”

  γ射线暴是宇宙中能量最高的爆炸现象之一。最近,科学家分析了昴星团望远镜等观测到的数据,以γ射线暴为“尺”,发明了一种新的测量方法,能够以高精度测定宇宙空间的膨胀过程。

  用γ射线暴(发出喷流的光点)测定宇宙的膨胀。

  在测量遥远天体的距离时,能够由观测到的特征得到其光度(真正的亮度)的天体十分有用。这样的天体被称为“标准烛光”,我们能够从实际观测到的亮度推出其距离。

  最广为人知而又十分明亮的“标准烛光”莫过于Ia型超新星,而如果我们能够利用更加明亮的γ射线暴,那么就可以测定更加遥远的天体距离。

  γ射线暴发生后,我们在数日内都可以在可见光波段观测到其“余辉”。

  观测500个产生γ射线暴的天体数据,其中179个在γ射线暴发生后1天左右亮度几乎不变,这段时间被称为“平台期”。在此基础上的详细研究表明,“平台期”的持续时间与最高亮度有关,也与“平台期”结束时的亮度有关。

  根据这些相关性,科学家可以推算γ射线暴的光度,并与实际观测到的亮度进行比较来得到距离。研究结果表明,该方法在计算宇宙的膨胀率等方面可以达到更高的精度。

  n)发现迄今最遥远的天体

  二次电离碳191纳米左右的发射线,已经红移至2283纳米左右。

  近日,综合对天体GN-z11观测数据的分析,北京大学领衔的团队证实该星系为人类目前发现的最遥远天体,同时团队还捕捉到了来自该星系持续数分钟的爆发信号,疑似与星系中的伽马射线暴有关。

  根据大会议天球部望远镜的数据显示,GN-z11的宇宙学红移可能为11左右,一般认为,在下一代望远镜运行之前,很难对该星系的红移进行测量。

  然而研究团队用凯克望远镜,对GN-z11进行深度光谱观测,基于光谱分析证实其准确红移为10.957,为134亿光年外的星系,为目前人类通过光谱证认的最遥远的天体。

  同时,在红外波段检测到其一次短于3分钟的爆发,推测其来自GN-z11的一次伽马射线暴,为伴随伽马射线暴的紫外辐射。以上成果为研究宇宙极早期天体打开了一扇窗口,也表明现有大型天文设备有能力探测到部分早期星系的光谱。

  (7) FRB快电射线暴

  o) FRB目录

  成若密注意到了一个有趣的信号:一个似乎来自于银河系之外,且持续非常短暂的射电波爆发。

  它起源于非常非常遥远的地方,至少约在30亿光年之外(作为对比,太阳系距离银河系中心仅为2.6万光年)。

  由于这些射电暴信号只持续短短的几毫秒,因此它们也被称为快速射电暴,简称FRB。每天大约有1000起FRB事件从各个方向抵达地球。稍纵即逝使得对它们进行探测和定位成了一件极具挑战的事。

  如何得知FRB是来自遥远的宇宙深处的?星系和星系或恒星和恒星之间并不是空的,而是充满了气体和等离子体。当FRB穿过气体时,会产生色散现象。就好比白光照射进棱镜会被分为不同颜色的光一样,当射电波经过气体云时,也会发生一些变化:FRB接近地球,低频波比高频波更慢抵达。

  射电波在旅途中遇到气体云中的自由电子时,电子表现得就像是一个个的小棱镜,延缓了低频较低(波长较长)的射电波的速度,使其落后于高频射电波。

  地面望远镜看到的延迟效应越明显,就意味着在旅途中,射电波遇到的物质也越多。虽然从不同频率信号抵达望远镜的时间差可以预估其爆发源的距离,但往往误差较大,因为射电波在途中遇到的物质分布并非是均匀的。

  更确切的说,不同频率射电波的延迟程度是由色散量(DM)定义的:

  DM越大,代表爆发源越远,比如Lorimer所发现的FRB的DM=375pc cm⁻³。已观测到的FRB的DM值区间在100到2600之间,典型值大约为300-400。

  虽然FRB的色散量能够告诉我们爆发源的大致距离,但却无法精确地定位它的宿主星系。

  过去,成若密看到的FRB都是一次性事件,但在2016年,他们确认发现了第一例重复射电暴:FRB 121102。成若密观测到了同一爆发源的多次爆发。

  重复FRB是精确定位其源头的关键。我们知道望远镜的分辨率——即它可以看到的细节水平——取决于观测到的光的波长和望远镜的大小。为了增强射电望远镜的分辨率,成若密会应用甚长基线干涉测量技术将相隔遥远的射电望远镜连接在一起。通过让多台望远镜同时进行观测,成若密等同于创造出了一台超大口径的射电望远镜。

  基于干涉测量技术,成若密使用甚大阵(包含了27台25米口径的天线)探测到了FRB 121102的多次爆发。根据收集到信号,成若密最终定位了FRB 121102:来自于距离地球30亿光年之外的一个矮星系。

  如果不是有惊人的射电爆发,这个星系将只是万亿个星系中平平无奇的一员。进一步的观测表明,射电爆发似乎起源于宿主星系外围的一个恒星形成区域。

  FRB 180924、FRB 181112、FRB 190523都是来自数十亿光年之外的大质量星系;

  重复的FRB 180916则来自旋涡星系。FRB 180916的爆发具有16.35天的周期性。

  成若密认为FRB 121102具有157天的周期性。

  CHIME是一台革命性的新型望远镜,与其他的射电望远镜完全不同,它由四个圆柱形反射镜组成,可以全天候监测整个北半球的天空,观测范围比传统射电望远镜大得多,在一年的时间里可以探测到数百个FRB。可以说,CHIME的投入开启了寻找FRB的全新时代。

  银河系内一个已知的磁陀星SGR 1935+2154的多次X射线和γ射线辐射爆发(磁陀星是一种高度磁化的年轻的中子星)。

  快速射电暴FRB 200428。它是第一个在银河系内找到的快速射电暴,是第一个除了射电波之外还探测其他辐射的快速射电暴,也是第一个与磁陀星有关的快速射电暴。

  那么磁陀星是如何产生FRB的呢?一个可能的机制旧的耀斑形成一个外壳,新耀斑爆发撞击旧耀斑,产生激波。

  制作FRB目录表,CHIME记录了500多个爆发源,包括FAST。

  p) FRB121102特征

  重复暴FRB 121102被定位在一个贫金属的矮星系,并且对应了一个偏离星系中心的射电源。

  “快速”指信号的持续时间短,一般只有若干毫秒。“射电”指信号发生的波段,目前发现的FRB都是在100 MHz量级到10 GHz量级的频段。“暴”是爆发现象的名词,指信号突然出现且强度极大。

  (1)FRB121102的爆发率有明确的特征能量(4.8x1037erg)。在这个阈值下,爆发显著减少。这是FRB起源机制的一个基本特征,也对估算全天的FRB可探测事件率产生了限制。

  (2)爆发率能谱可以由低能端的正则对数和高能端的广义洛伦兹-柯西函数一起描述。基于中心极限定理,正则对数的分布很可能揭示了快速射电暴辐射机制在低能端的随机性。洛伦兹-柯西函数则常见于对原子辐射的描述。从数学上看,洛伦兹-柯西函数描述的概率密度分布可以等效于两个独立的随机变量的概率比。也就是FRB 121102在高能端的爆发,可能显示了两个随机过程的相关;

  (3)FRB121102在1毫秒到1000秒之间不存在周期或准周期;

  (4)这两个月内1652个脉冲揭示的FRB天体释放总能量已可达到单一磁星总能量的38%,意味着快速射电暴的辐射机制必须经济有效。

  综合起来,FAST对于FRB121102的观测极大限制了重复快速射电暴来自单一、孤立致密天体的可能。

  2015年,阿雷西博望远镜发现了FRB 121102,并确认了其为第一个重复快速射电暴,把整个领域的存在性问题从“Do FRBs repeat?”(快速射电暴重不重复?)推进到“Do all FRB repeat?”(所有快速射电暴都重复吗?)。

  q) FRB色散和红移

  7例快速射电暴的信号色散与其宿主星系红移的关系,认为可以在标准宇宙学的框架下完全示踪此前所谓的“缺失的重子物质”。

  确认了宇宙中的重子含量。

  反映色散和红移的Macquart关系,利用快速射电测量宇宙重子物质成分。

  r)氢强度绘制

  针对FRB这一新浪潮,加拿大的Kaspi教授(2021年卡弗里奖金获得者)领导了氢强度测绘实验(CHIME)望远镜的升级计划。

  成功争取到望远镜总造价额外50%的经费,搭建了可以同时计算合成上千像素点的数字波束合成器,使得CHIME这一混合了单天线和干涉阵概念的宇宙学望远镜华丽升级为快速射电暴探测器。

  s)快速射电暴起源于磁星

  编号为FRB200428的快速射电暴是人类探测到的第一个起源于银河系的快速射电暴,也是第一个观测到对应X射线暴的快速射电暴。慧眼卫星精确定位了这个X射线暴的起源天体,即银河系内的一颗磁星(编号SGR J1935+2154),并且详细测量了X射线暴的光变和能谱等性质,对于确定快速射电暴的起源和研究磁星的爆发机制均发挥了至关重要的作用。

  成若密捕获到了越来越多的快速射电暴信号,还发现了多个重复的快速射电暴,并锁定了它们来源的星系,称为宿主星系。

  起源假说,例如超新星爆发、双中子星并合、黑洞吸积、磁星星震,亦或小行星撞击中子星等等。但是这些假说都没有得到观测的佐证。

  SGR J1935+2154是已知最活跃的磁星之一。虽然磁星的X射线暴发现象比较常见,但是在以往的爆发中,并没有观测到对应的快速射电暴。

  慧眼观测到的这次X射线暴发,与以往的磁星爆发相比有显著差异:以往的磁星爆发,能谱都可以用黑体模型很好地描述,而这次爆发表现出了明显不同的辐射性质,其能谱不符合黑体模型,只可以用非热幂律谱拟合。

  这表明与FRB200428关联的这次X射线暴发,具有一定的特殊性,有助于深入理解快速射电暴和磁星爆发的物理机制。

  在这次的观测中,在CHIME的低频波段接收到FRB200428射电信号的8.6秒前,慧眼卫星探测到了来自具有宇宙最强磁场的一类中子星-磁星SGR J1935+2154方向的一次X射线暴发。在电磁波段上,射电波容易受星系介质的影响,在宇宙中的穿行速度比X射线慢,而X射线暴发和FRB200428射电暴的信号接收时间相差约8.6秒,正好符合射电波由色散导致的时间延迟。这说明X射线暴发和快速射电暴很可能源于同一次天体爆发事件。

  t)宇宙中的失踪物质,找到了!

  当这些射电信号穿越宇宙、一路向地球传播时,它们会受到沿途物质的影响:红色的长波长光比蓝色的短波长光传播得更慢。通过精确测量这种延迟,成若密便可推断出光路上穿越了多少物质——即“称重”这些原本不可见的气体。

  如该研究第一作者Liam Connor所言:“FRB就像宇宙中的手电筒,它们照亮了星系际介质的迷雾。即使这些气体过于微弱,我们也能通过信号的减速情况,准确‘称出’它们的质量。”

  借助FRB这一宇宙中的“指路明灯”,研究人员发现:

  约76%的重子物质位于星系际介质中;

  约15%存在于星系晕中;

  剩下的部分则集中在星系内——在恒星中或冷星系气体中。

  这一分布与高精度宇宙学模拟的预测高度一致,但直到现在才得到观测的证实。

  ……

  可以探测暗物质

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