最近,FRB(快速無線電暴)因為和外星人扯上關係,因此引發許多人關注。
我也對這個問題好奇,所以去找了專業的論文看,在這裡和諸位共享一下。首先,要說一下能確定FRB的距離是因為它在重複發射,它大約每小時發射一次,如果是那種不重複的無線電訊號,是沒法知道它到底是從多遠的地方傳來的,因為追查距離我們有多遠,關鍵只有一條,精確定位它的來源,定位越精確估算的距離越準。
2017年,一次FRB(快速無線暴/無線電脈衝)被識別出來自30億光年外的一個矮星系的黑洞中心,而確定它真的來自30億光年之外的論文,發表在了著名科學期刊《自然》上。
圖示:論文標題為《對快速無線電脈衝及其宿主的直接定位》
首先, 他們將新墨西哥州的甚大天線陣(Very Large Array,VLA)全部用於這項追查任務,甚大天線陣是由27臺,口徑25米的天線組成的射電望遠鏡陣列。VLA的解析度能達到0.05角秒,這是啥意思呢?
當天空的某處傳來一個無線電訊號時,我們想知道它是從天空的哪一塊區域傳過來的,我們需要先把天空分成一個一個的小格。而將天空分成小格子的辦法,是用圓的角度來進行切割,因為天圓地方嘛,我們頭上的天空籠罩下來,就像一個倒扣的碗,在極其平坦的地方,可以看成近乎一個半圓,我們都知道一個圓,被分為360度,半個圓則是180度。如果按度來切割天空,你就把天空分成了180份,但這太粗糙了,隨著技術進步,我們可以把一度再切開成60份,這就得到一角分,再把一角分分成60份,這就得到了一角秒。
這樣我們就把天空切成了,180*60*60=648,000份,再把每一份細分為20格,每一格就是0.05角秒,即把天空分成了12,960,000份(近乎一千三百萬)份。
而天文學家早就知道這個矮星系中心存在一個超大質量黑洞。這很可能暗示,FRB121102是由黑洞的活動造成的,或者是圍繞黑洞的中子星發出的。FRB訊號最有意思的一點是,我們從來沒有發現過來自銀河系內部的訊號。所以,多數天文學家認為FRB代表的是宇宙早期發生的一些特殊事件,那時候的宇宙與我們現在的宇宙有很大差別。因為,30億光年之外的訊號,就表示事件發生在30億年前。
至於如何測量星星或者星系,距離地球的距離,按它們的遠近不同,有如下通用的測量方法,當然距離我們越遠的星系測量的誤差越大,所以測量方法還在不斷改進。但現在使用的方法如下:
1、近距離(通常在100光年之內)使用視差法,這是目前最準確的測量方法。
由於地球在繞太陽公轉,因此我們可以拍攝兩張照片,來對比同一顆星星在天空中位置的變化,這種變化是相對於極其遙遠的背景星星或星系而言的。因為距離我們越遙遠的星星或星系,可以認為是不存在視差的,即在任何一個夜晚去看這些星星它們在天空的位置都是不變的(當然要先排除地球的自轉造成的旋轉變化)。簡單說,星星距離我們越近,它在時隔六個月後的夜晚在天上的位置變化就越大,之所以時隔六個月,是因為需要構建一個三點一線,即六個月前的地球位置、太陽、現在的地球位置,這三個點可以連成一條直線,這樣天文學家們就可以使用三角函式,進行計算。
圖示:正中心是太陽。距離太陽100光年的其它恆星鄰居。
2、遠距離(100光年)則使用標準燭光法。
如果我們能知道星星發出的絕對光度,那麼根據它們到達地球后減弱的程度,就能計算出它們離我們到底有多遠,而在許多星系中,存在一類特殊的星星,首先它們非常非常明亮,因此即便它們離地球非常遙遠,我們依然能接收到來自它們的光,其次它們的絕對光度能夠進行精確計算或估算。這些特殊的星星,通常是一些光度發生規律性變化的星星,它們被稱為造父變星。
圖示:造父變星的光度在很短的時間中就能發生非常規律的變化
天文學家發現的第一顆造父變星位於仙王座,它距離我們891光年。對它的觀察和研究,給了天文學家測量極其遙遠的星系到底離我們有多遠的靈感,它就是今日使用的造父變星的原型,又稱為造父一。造父一(仙王座δ)的變光是由於恆星本身的脹縮導致的,它的星等(光度)在3.6至4.3等之間變化,變化週期只有5.36634天。
當然,這種估算並不完全可靠,一方面光線的減弱的程度固然與距離有關,但也和它穿越的空間中所遇到的星系介質有關,越是遙遠誤差必然越大。其次,就是對造父變星的絕對光度的估算是否存在嚴重誤差呢?但有資料總比沒有資料好,剩下的就是不斷髮展得更好更精確。直到現在,如何更加精確地估算極其遙遠的距離,依然是天文學上的一個專門研究分支。但在這裡我們就不多說了。知道存在很大誤差,不是很準確就夠了。
圖示:我們周圍的星系
最近,FRB(快速無線電暴)因為和外星人扯上關係,因此引發許多人關注。
我也對這個問題好奇,所以去找了專業的論文看,在這裡和諸位共享一下。首先,要說一下能確定FRB的距離是因為它在重複發射,它大約每小時發射一次,如果是那種不重複的無線電訊號,是沒法知道它到底是從多遠的地方傳來的,因為追查距離我們有多遠,關鍵只有一條,精確定位它的來源,定位越精確估算的距離越準。
2017年,一次FRB(快速無線暴/無線電脈衝)被識別出來自30億光年外的一個矮星系的黑洞中心,而確定它真的來自30億光年之外的論文,發表在了著名科學期刊《自然》上。
圖示:論文標題為《對快速無線電脈衝及其宿主的直接定位》
首先, 他們將新墨西哥州的甚大天線陣(Very Large Array,VLA)全部用於這項追查任務,甚大天線陣是由27臺,口徑25米的天線組成的射電望遠鏡陣列。VLA的解析度能達到0.05角秒,這是啥意思呢?
當天空的某處傳來一個無線電訊號時,我們想知道它是從天空的哪一塊區域傳過來的,我們需要先把天空分成一個一個的小格。而將天空分成小格子的辦法,是用圓的角度來進行切割,因為天圓地方嘛,我們頭上的天空籠罩下來,就像一個倒扣的碗,在極其平坦的地方,可以看成近乎一個半圓,我們都知道一個圓,被分為360度,半個圓則是180度。如果按度來切割天空,你就把天空分成了180份,但這太粗糙了,隨著技術進步,我們可以把一度再切開成60份,這就得到一角分,再把一角分分成60份,這就得到了一角秒。
這樣我們就把天空切成了,180*60*60=648,000份,再把每一份細分為20格,每一格就是0.05角秒,即把天空分成了12,960,000份(近乎一千三百萬)份。
而天文學家早就知道這個矮星系中心存在一個超大質量黑洞。這很可能暗示,FRB121102是由黑洞的活動造成的,或者是圍繞黑洞的中子星發出的。FRB訊號最有意思的一點是,我們從來沒有發現過來自銀河系內部的訊號。所以,多數天文學家認為FRB代表的是宇宙早期發生的一些特殊事件,那時候的宇宙與我們現在的宇宙有很大差別。因為,30億光年之外的訊號,就表示事件發生在30億年前。
因為,我們已經對天空中的星星和星系進行了編號,並測定了它們距離地球的距離。至於如何測量星星或者星系,距離地球的距離,按它們的遠近不同,有如下通用的測量方法,當然距離我們越遠的星系測量的誤差越大,所以測量方法還在不斷改進。但現在使用的方法如下:
1、近距離(通常在100光年之內)使用視差法,這是目前最準確的測量方法。
由於地球在繞太陽公轉,因此我們可以拍攝兩張照片,來對比同一顆星星在天空中位置的變化,這種變化是相對於極其遙遠的背景星星或星系而言的。因為距離我們越遙遠的星星或星系,可以認為是不存在視差的,即在任何一個夜晚去看這些星星它們在天空的位置都是不變的(當然要先排除地球的自轉造成的旋轉變化)。簡單說,星星距離我們越近,它在時隔六個月後的夜晚在天上的位置變化就越大,之所以時隔六個月,是因為需要構建一個三點一線,即六個月前的地球位置、太陽、現在的地球位置,這三個點可以連成一條直線,這樣天文學家們就可以使用三角函式,進行計算。
圖示:正中心是太陽。距離太陽100光年的其它恆星鄰居。
2、遠距離(100光年)則使用標準燭光法。
如果我們能知道星星發出的絕對光度,那麼根據它們到達地球后減弱的程度,就能計算出它們離我們到底有多遠,而在許多星系中,存在一類特殊的星星,首先它們非常非常明亮,因此即便它們離地球非常遙遠,我們依然能接收到來自它們的光,其次它們的絕對光度能夠進行精確計算或估算。這些特殊的星星,通常是一些光度發生規律性變化的星星,它們被稱為造父變星。
圖示:造父變星的光度在很短的時間中就能發生非常規律的變化
天文學家發現的第一顆造父變星位於仙王座,它距離我們891光年。對它的觀察和研究,給了天文學家測量極其遙遠的星系到底離我們有多遠的靈感,它就是今日使用的造父變星的原型,又稱為造父一。造父一(仙王座δ)的變光是由於恆星本身的脹縮導致的,它的星等(光度)在3.6至4.3等之間變化,變化週期只有5.36634天。
當然,這種估算並不完全可靠,一方面光線的減弱的程度固然與距離有關,但也和它穿越的空間中所遇到的星系介質有關,越是遙遠誤差必然越大。其次,就是對造父變星的絕對光度的估算是否存在嚴重誤差呢?但有資料總比沒有資料好,剩下的就是不斷髮展得更好更精確。直到現在,如何更加精確地估算極其遙遠的距離,依然是天文學上的一個專門研究分支。但在這裡我們就不多說了。知道存在很大誤差,不是很準確就夠了。
圖示:我們周圍的星系