近期，“中國天眼”再立新功，發(fā)現(xiàn)來自宇宙深處的快速射電暴(FRB)新源。研究人員利用自主研發(fā)的搜尋技術，結(jié)合深度學習人工智能技術(AI)，對FAST海量的巡天數(shù)據(jù)進行快速搜索，發(fā)現(xiàn)了這一新源。近日，該研究成果在線發(fā)表于《天體物理學快報》上。
與首個重復射電暴脈沖結(jié)構(gòu)相似
“這是FAST通過盲搜發(fā)現(xiàn)的第一個快速射電暴新源，被命名為FRB 181123。這一新源顯示出兩個特點，一是脈沖輪廓表現(xiàn)為較罕見的三峰結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通常在重復射電暴中出現(xiàn);二是色散量高，在已知快速射電暴里位列前茅，由此可判斷其來自宇宙的極深處。”朱煒瑋告訴科技日報記者。
快速射電暴是一種持續(xù)僅數(shù)毫秒的神秘射電暴發(fā)現(xiàn)象。以往觀測到的快速射電暴大部分是一次性的，通常只有單峰結(jié)構(gòu)，即望遠鏡在某一個時間點接收到的光子數(shù)量突然劇烈上升，就像天空突然閃亮，又迅速暗淡下來。其中只有極少數(shù)是重復暴發(fā)的快速射電暴，這時往往會出現(xiàn)多峰結(jié)構(gòu)，即連續(xù)閃爍兩三次，甚至更多。
朱煒瑋表示，此次發(fā)現(xiàn)的新源就連續(xù)閃爍了3次，每次閃爍的間隔約為5毫秒，第一次暴發(fā)的能量最高，后兩次暴發(fā)的能量大致相當，但比第一次“暗”很多?！斑@與人們觀測到的首個重復射電暴FRB 121102的脈沖結(jié)構(gòu)十分相似?！?/p>
但是，當被問及是否能夠就此判定該新源為重復射電暴時，朱煒瑋的回答是否定的，“由于我們對快速射電暴的形成機制尚不了解，僅憑多峰結(jié)構(gòu)無法為快速射電暴貼上‘重復’標簽，今后我們會繼續(xù)緊盯FRB 181123，觀測其是否重復暴發(fā)?！?/p>
如何判斷FRB 181123源自宇宙深處?
李菂在接受科技日報記者采訪時指出，脈沖信號與星際及星系際電子相互作用，不同頻率的電磁波傳播速度不同導致色散，跟光線通過云層產(chǎn)生彩虹有同樣的物理基礎。頻率高的光子速度快，會先到達地球，通過測量不同頻率的光子到達地球的時間，就可以計算出快速射電暴的色散程度。色散量越高，也就意味著光子的旅程越漫長，離地球也就越遠。此次發(fā)現(xiàn)的新源色散量約為FRB 121102的三倍，意味著該新源來自更遠的宇宙深處。
“經(jīng)估算，該脈沖信號可能在宇宙中跋涉了約百億年，最終在2018年11月23日被FAST‘捕獲’?！敝鞜槵|說。
“這一新發(fā)現(xiàn)有賴于FAST超高的靈敏度?！崩钋呥M一步解釋，射電望遠鏡同光學望遠鏡一樣，口徑越大，靈敏度就越高，接收到的電磁波就越多，探測能力就越強。如果將FRB 181123繪在星空畫布上，它可能就是極淡的一抹色彩。就像2018年FAST探測到有史以來最暗弱的毫秒脈沖星之一，很多其他國家的望遠鏡看了很多次卻都沒有看到這顆脈沖星，這充分證明了FAST的“火眼金睛”。
AI篩圖助學者“大海撈針”
除了FAST超強的硬件配置，后期數(shù)據(jù)的軟件處理也是尋找到快速射電暴新源的關鍵之一。
“我們發(fā)現(xiàn)新源的數(shù)據(jù)源自FAST的‘多科學目標漂移掃描巡天’項目?！敝鞜槵|回憶，當時FAST正值調(diào)試期間，很多工作需要在白天完成，研究人員便利用FAST晚上的“空閑”時間，張開這只“巨眼”，對著天空進行漂移掃描。
漂移掃描是一種簡易快捷的掃描方式，即FAST自身保持不動，依托地球本身的自轉(zhuǎn)，就能夠讓特定天區(qū)“一覽無余”。當然，操作簡潔的背后，是讓研究人員十分頭痛的海量數(shù)據(jù)。尤其對于能夠同時“望”向19個方向的FAST來講，數(shù)據(jù)流每秒鐘高達幾千兆。
這些數(shù)據(jù)并非全部為有效數(shù)據(jù)，相反，大部分是源自地球表面和衛(wèi)星等的干擾信號。在如此龐雜的信號中想要搜尋出天體或特殊天文事件的信號，無異于大海撈針。
“以往篩選數(shù)據(jù)時，一個人往往要看上百萬張圖像，一天下來頭暈眼花。如今，我們采用了深度學習圖像識別技術，讓AI先把海量數(shù)據(jù)過一遍，可以減少近百倍的人工工作量?！敝鞜槵|說。
地面信號往往色散量很小，天體信號則不然。研究人員將信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成二維圖像，再將之置于多層神經(jīng)網(wǎng)絡中，利用上述天體和地面信號色散量等典型特征，篩選出天體信號，最終“撈”出了這一快速射電暴新源。
從設計、建設、落成、調(diào)試，再到今年初通過驗收正式開放運行，“中國天眼”500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)宛如貴州喀斯特洼坑中的一顆明珠，一舉一動都牽動著天文學家乃至全國人民的心?，F(xiàn)在看來一切都是值得的。