最遥远的快速射电暴比地球还古老，距离纪录翻了一倍

一次快速射电暴——持续千分之几秒的无线电波闪光——在宇宙大约30亿岁时离开其源头，并在超过100亿年后抵达南非的一台望远镜。这是迄今被追溯到宿主星系的最遥远快速射电暴，距离是此前纪录保持者的两倍以上。这次闪光出发时，地球尚未形成，还要再过50多亿年才诞生。

惊喜出现在詹姆斯·韦伯空间望远镜找到它的来源之后。天文学家原本预期会看到一个巨大、成熟的星系。结果，源头是一个暗淡的矮星系，质量大约只有团队预想的千分之一，似乎是在一次短暂而剧烈的爆发中形成了大部分恒星。这个小型、年轻的宿主星系，如今成了揭示这些闪光来源的最有力线索之一。

人类已探测到数千次快速射电暴，但只有大约一百次被定位到具体星系，而且几乎所有这些都离我们相对较近。新暴发编号为FRB 20240304B，将这张地图推向了宇宙历史上恒星形成最活跃的时期。

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“快速射电暴之所以有趣，是因为我们不知道是什么产生了它们，”悉尼大学的马尼莎·凯莱布（Manisha Caleb）说，她领导了这项研究。“我们有理论推测是哪些天体产生了它们，但没有确凿证据。”

一台射电天线和韦伯如何找到了一个没人能看见的星系

这次暴发被默卡特（MeerKAT）捕获，这是南非卡鲁地区由64面射电天线组成的阵列。由曼彻斯特大学的本·斯塔珀斯（Ben Stappers）领导的搜索系统“MeerTRAP”实时扫描数据，寻找单个明亮脉冲。这个脉冲比背景噪声高出100多倍，阵列将其位置锁定在狮子座内不到一角秒的范围内。

距离的第一个线索来自信号本身。穿过星系间稀薄气体的无线电波会略微减速，频率越低减速越明显，因此暴发到达时呈现从高音到低音的扫频。天文学家将这种延迟的大小称为色散量。对于这次暴发，色散量约为2458个单位，远高于大多数已知暴发，表明信号穿过了巨大的气体柱。

这个数字只能给出大致距离。要得到真实距离，需要宿主星系及其光谱，而存档巡天图像显示该位置空无一物。夏威夷凯克I望远镜一小时的深度成像，以及亚利桑那MMT天文台的红外图像，也一无所获。这个星系太暗，地面最大的望远镜也看不到。

于是团队申请了韦伯的观测时间。其近红外相机在距离暴发位置约0.3角秒处捕捉到一个28星等的模糊斑点，统计检验显示暴发来自该星系的概率为97.5%。韦伯的近红外光谱仪随后捕捉到星系中发光氢和氧的光，这些光被宇宙膨胀拉伸至红移2.148。这使暴发位于天文学家称为“宇宙正午”的时期，当时星系的恒星形成速度比之前和之后任何时期都快。

纪录的数字含义

此前的纪录保持者是由澳大利亚ASKAP望远镜捕获的一次暴发，红移约为1.016，其光行进了大约80亿年。新暴发的红移是它的两倍多。用论文的话说，该信号“探测了宇宙历史约80%时间跨度内的电离气体”。

能量处于这类事件观测范围的上限。《天空与望远镜》杂志用通俗的说法描述：比太阳一年释放的能量还多，压缩在比眨眼还短的闪光中。

宿主星系是最奇怪的部分。团队的估算显示其恒星质量约为太阳质量的1000万倍，只是银河系恒星的一小部分。其气体中比氦重的元素含量只有太阳的10%到20%，而它形成恒星的速度远高于同等大小星系的正常水平。研究人员估计，它的大部分恒星可能是在大约3000万年内形成的。

“我们本以为会是一个巨大、形态良好的星系，拥有大量恒星，”凯莱布说。斯塔珀斯更直白：“这个宿主在我们拥有的整个星系样本中显得格格不入。而且它完全出乎我们的意料。”

为什么一个小型年轻星系指向一个罪魁祸首

两种主流解释对暴发出现的位置做出了不同预测。一种认为暴发来自磁星——磁场比地球上最强磁铁强数十亿倍的中子星，由大质量恒星坍缩产生。这些磁星在形成它们的恒星出现后几百万年内就会诞生。另一种认为某些暴发来自中子星并合，这可能需要数十亿年才能旋近，因此往往发生在较老的星系中。

一个在几千万年内就完成自身构建的星系，几乎没有留给缓慢选项的空间。“我们的工作表明，这次快速射电暴极不可能由并合产生，”凯莱布说。贫金属气体也倾向于产生更多超大质量恒星，而正是这类恒星会留下磁星。在我们自己的银河系中，磁星SGR J1935+2154已经产生了同类弱暴发。

信号还携带了它穿过的一切的记录。其路径穿过室女座星系团——距离约5400万光年的巨大星系群——并靠近一个此前未知的星系群，红移0.31，距离我们约35亿光年。团队估计，这两个结构造成了信号中大部分额外延迟。

它没有解决的问题

一次暴发只是一个数据点。磁星关联是对这个宿主星系最自然的解读，但研究人员强调这并非证据，也不意味着每次快速射电暴都有相同起源。

该星系的属性存在很大的误差范围。其质量、金属含量和恒星形成历史都是根据几张韦伯图像和一个处于探测极限的天体的光谱得出的模型估算。在如此远的距离上，很少有如此暗淡的暴发宿主被研究过，因此很难说这个星系是特例，还是只是早期巡天遗漏的那类天体的第一个例子。

团队认为这一发现并非偶然。默卡特是目前唯一灵敏到能看这么远的暴发搜寻仪器，他们预测其主巡天中约6.3%的暴发应来自红移2以上。只有更多探测才能验证这一点。“每一个大型收藏都始于一个标本，”荷兰射电天文学研究所的约里·范·列文（Joeri van Leeuwen）说，他没有参与这项工作。

关于最远快速射电暴的常见问题

什么是快速射电暴？

快速射电暴是一种持续几毫秒的无线电波闪光，在最亮的情况下可携带相当于太阳一年释放的能量。第一个于2007年被发现。其来源至今仍有争议。

最远的快速射电暴有多远？

FRB 20240304B位于红移2.148。其信号传播了超过100亿年，在宇宙大约30亿岁时离开其星系。这比此前纪录保持者的红移高一倍多。

磁星会导致快速射电暴吗？

磁星是目前最受支持的解释，而这个年轻、正在形成恒星的宿主星系加强了这一论点。但尚无研究证明每次暴发都来自磁星，这项结果的研究人员表示目前还没有确凿证据。

下一步

这次暴发于2024年3月4日被探测到，2025年7月在蒙特利尔的一次会议上首次公布，并于2026年10月8日发表在《科学》杂志上。团队估计，默卡特每年可以探测并定位几次来自大爆炸后半程以上的暴发，而韦伯需要识别它们暗淡的宿主星系。目前正在南非建造的平方公里阵列中频望远镜预计将进一步推进这一搜寻。斯塔珀斯直截了当地设定了目标：“下一步是把这个前沿推得更远，看看我们能多接近第一批恒星。”

参考：Caleb et al., “A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adz2675

标签: 天文学, James Webb Space Telescope, MeerKAT, 磁星, FRB 20240304B, 快速射电暴

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