快速电波爆发

快速射电暴（Fast radio burst，缩写为FRB）是一种宇宙学起源的高能天体物理现象，呈现瞬态电波脉冲，仅维持数毫秒的爆发。辐射流量密度一般在$50\,\mathrm{mJy}$－$100\,\mathrm{Jy}$之间。电波穿越电浆过程中发生色散，造成脉冲高频成分和低频成分之间有时间延迟$\Delta t$，它与频散量$\mathrm{DM}$相关。快速电波爆发的色散量远超出银河系的色散量，表明其具有银河系外的起源。

## 命名方式

快速电波爆发的名字是依据录得讯号的时间日期，以"YYMMDD"的排序命名。例如，第一个被发现的FRB是FRB 010621；2011年6月26日的FRB就称为FRB 110626。

## 观测历史

### 洛里默爆发

2007年，邓肯·洛里默等人在澳大利亚帕克斯电波天文台2001年的档案资料里发现了洛里默爆发（FRB 010724）。对资料分析发现在2001年7月24日发生了一个30央斯基的色散爆发，持续时间短于5毫秒，位置距离小麦哲伦星系3°。这个爆发的属性报告显示与银河系和小麦哲伦星系都没有物理上的关联性，这就是现今所知的洛里默爆发。发现者以现存的自由电子模型在宇宙中的含量争论这个爆发的距离小于10亿秒差距。在追加的90小时观测时间内没有进一步的爆发事实显示这是一次奇异的事件，可能是一次超新星爆炸或相对论性的事件。类似事件的发生率可能为每天数百次。

### 2010年

在2010年，有16次类似的新脉冲报告：但显然是起源于地球，且都是帕克斯天文台检测到的，被命名为佩里顿(天文学)（Peryton是指人造的鹿鹰兽）。

### 2012年

#### FRB 121102

2012年，阿雷西博电波望远镜在北半球的御夫座方向上检测到一次快速电波爆发（FRB 121102），由它的电浆频散效应，证实是起源于银河系之外。麦基尔大学的Victoria Kaspi估计在整个天空每天可以发生多达10,000次的快速电波爆发。

### 2013年

2013年，有4次爆发事件支持了快速射电暴的河外起源。

### 2014年

FRB 140514被即时观测到，并被发现有21%（±7%）的圆偏振。

### 2015年

2015年1月19日，澳大利亚国家科学机构（联邦科学与工业研究组织，CSIRO）的天文学家在帕克斯电波天文台首度直接观测到FRB。

#### FRB 110523

2015年，天文学家在绿堤望远镜的档案资料中被发现了FRB 110523。它是第一个被检测到线偏振的FRB（然而，法拉第旋转的计算，允许检测到的圆偏极化）。频散延迟表明这次的爆发起源于外星系，距离可能远达60亿光年。

#### 乌龙事件

Hippke et al. 分析了11个“快速射电暴”，发现它们的频散量的中心值为 375，562，750，937，1125 cm−3 pc，均接近187.5 cm−3 pc的整数倍。但是，后续的观测否定了这种观点，它也被证实是微波炉在加热过程中，门被突然打开时由磁控管产生的排放造成的乌龙事件。

#### FRB 150418

2015年4月18日，帕克斯天文台检测到FRB 150418，数小时内好几架望远镜，包括澳大利亚望远镜致密阵列都捕捉到闪光的余辉，并且经过6天才黯淡至看不见。昴星团望远镜被用于寻找它的宿主星系，并且用来确定它的红移和隐含于爆炸的距离。

然而，这次爆发的来源很快就引起了质疑，并且在2016年4月被确认为是起源于一个活跃星系核，是超大质量黑洞双极喷流向外排放的能量爆发。它还被指出为什么余辉永远不会消失，意味着它与快速电波爆发毫无关联。

2015年11月，加拿大麦基尔大学的天文学家保罗·朔尔茨在阿雷西博电波望远镜当年5月和6月的档案资料中发现10个非周期性重复出现的快速电波脉冲。这10次爆发的频散值和在天空中的位置与2012年检测到的FRB 121102一致。如同2012年的爆发，这10个有三次源自银河系的最大电浆频散值。研究小组认为，这一现象排除了可能只能出现一次，如同一个黑洞或两颗中子星碰撞爆炸的自我毁灭等灾难性的事件。据科学家说，这一资料支持起源于年轻的自转中子星（波煞）或高度磁化的中子星（磁星），或是高度磁化的脉冲星穿越小行星带，或是从白矮星联星的洛希瓣间歇溢出。

### 2016年

2016年12月16日，在相同的方向又有多次新的快速电波爆发。这也是唯一知道的，有两次在空间中的同一位置发现这些信号。FRB 121102与地球的距离至少有1,150天文单位，但确定与银河系外星系有着极高度的关联性。

### 2017年

在澳大利亚堪培拉附近，升级后的莫朗格洛河天文台合成望远镜（UTMOST），报告发现3个FRBs。在2015年至2016年为期180天的巡天，发现3个843Mhz的FRBs。每个FRB射束都位于一个较为狭窄的椭圆；相对应的带宽在828-858 MHz，得到的DM误差较大。

使用澳大利亚千米阵列（ASKAP）的简短巡天，在3.4天内发现一个FRB。FRB170107亮度的累积通量是58±6 Jy ms。

截至2017年1月，FRB 121102 被认为与距离地球30亿光年，有着低亮度活跃星系核的一个矮星系有着共同的位置，可能是一种之前未知的银河系外源，或是活跃超新星残骸中的年轻中子星。

### 2018年

2018年加拿大氢强度测绘实验（CHIME）发现13个快速电波爆发。CHIME将快速电波爆发观测，做为它的第二目标。

### 2019年

#### 2019年8月

2019年8月30日上午，中国500米口径球面射电望远镜（FAST）首次实时探测到来自FRB121102的脉冲。

#### FRB 191223

2019年12月29日，澳大利亚天文学家报告首次探测到来自FRB191223的脉冲。

#### FRB 191228

2019年12月31日，澳大利亚天文学家使用澳大利亚千米阵列（ASKAP），报告首次探测到来自在南鱼座星座的FRB191228的脉冲(RA = 22:57(2), DEC = -29:46(40))。

### 2020年

#### FRB 200428

2020年4月28日，加拿大天文学家使用加拿大氢强度测绘实验（CHIME）电波望远镜首次探测到来自狐狸座星座的FRB200428的脉冲。脉冲的DM为332.8 pc/cc。

#### FRB 200914和200919

2020年9月24日，天文学家报告说，帕克斯射电望远镜发现了两个新的FRB，FRB200914和FRB200919。平方千米阵射电望远镜项目后来报告了FRB 200914的低频发射上限。

## 观测特征

### 色散量

色散量（Dispersion measure，缩写为DM）是传播路径上自由电子柱密度$n_\mathrm{e}$的积分：

$$\mathrm{DM} = \int_0^d{n_e\;dl}$$

其单位为$\rm{pc}/\rm{cm}^{-3}$。

对于某频率$\nu$的信号，其传播时间为：

$$t = k_\mathrm{DM} \cdot \left(\frac{\mathrm{DM}}{\nu^2}\right)$$

其中色散常量$k_\mathrm{DM}$为

$k_\mathrm{DM} = \frac{e^2}{2 \pi m_\mathrm{e}c} \simeq 4.149\, \mathrm{GHz}^2\,\mathrm{pc}^{-1}\,\mathrm{cm}^3\,\mathrm{ms}$

则脉冲高频成分$\nu_\mathrm{hi}$和低频成分$\nu_\mathrm{lo}$之间的时间延迟$\Delta t$为

$$\Delta t = k_\mathrm{DM} \cdot \mathrm{DM} \cdot \left( \frac{1}{\nu_{\mathrm{lo}}^2} - \frac{1}{\nu_{\mathrm{hi}}^2} \right)$$

## 爆发机制

快速电波爆发的物理机制尚不清楚。天文学家已提出了数十个理论模型；一些模型认为快速射电暴可以起源于磁星爆发。还有些人猜测这些信号可能是外星智慧的迹象。