從設計、建設、落成、調試，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）宛如貴州喀斯特窪坑中的一顆明珠，一舉一動都牽動着天文學家乃至全國人民的心。近期，「中國天眼」再立新功，發現來自宇宙深處的快速射電暴（FRB）新源。
中國科學院國家天文台研究員朱煒瑋、李菂等與合作者利用自主研發的搜尋技術，結合深度學習人工智能技術（AI），對FAST海量的巡天數據進行快速搜索，發現了這一新源。近日，該研究成果在線發表於《天體物理學快報》上。
與首個重復射電暴脈沖結構相似
「這是FAST通過盲搜發現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，一是脈沖輪廓表現為較罕見的三峰結構，這種結構通常在重復射電暴中出現；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僅數毫秒的神秘射電暴發現象。以往觀測到的快速射電暴大部分是一次性的，通常只有單峰結構，即望遠鏡在某一個時間點接收到的光子數量突然劇烈上升，就像天空突然閃亮，又迅速暗淡下來。其中只有極少數是重復暴發的快速射電暴，這時往往會出現多峰結構，即連續閃爍兩三次，甚至更多。
朱煒瑋表示，此次發現的新源就連續閃爍了3次，每次閃爍的間隔約為5毫秒，第一次暴發的能量最高，後兩次暴發的能量大致相當，但比第一次「暗」很多。「這與人們觀測到的首個重復射電暴FRB 121102的脈沖結構十分相似。」
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，「由於我們對快速射電暴的形成機制尚不了解，僅憑多峰結構無法為快速射電暴貼上『重復』標簽，今後我們會繼續緊盯FRB 181123，觀測其是否重復暴發。」
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，跟光線通過雲層產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，也就意味着光子的旅程越漫長，離地球也就越遠。此次發現的新源色散量約為FRB 121102的三倍，意味着該新源來自更遠的宇宙深處。
「經估算，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』。」朱煒瑋說。
「這一新發現有賴於FAST超高的靈敏度。」李菂進一步解釋，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，後期數據的軟件處理也是尋找到快速射電暴新源的關鍵之一。
「我們發現新源的數據源自FAST的『多科學目標漂移掃描巡天』項目。」朱煒瑋回憶，當時FAST正值調試期間，很多工作需要在白天完成，研究人員便利用FAST晚上的「空閒」時間，張開這只「巨眼」，對着天空進行漂移掃描。
漂移掃描是一種簡易快捷的掃描方式，即FAST自身保持不動，依託地球本身的自轉，就能夠讓特定天區「一覽無余」。當然，操作簡潔的背後，是讓研究人員十分頭痛的海量數據。尤其對於能夠同時「望」向19個方向的FAST來講，數據流每秒鍾高達幾千兆。
這些數據並非全部為有效數據，相反，大部分是源自地球表面和衛星等的干擾信號。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，無異於大海撈針。
「以往篩選數據時，一個人往往要看上百萬張圖像，一天下來頭暈眼花。如今，我們採用了深度學習圖像識別技術，讓AI先把海量數據過一遍，可以減少近百倍的人工工作量。」朱煒瑋說。
地面信號往往色散量很小，天體信號則不然。研究人員將信號數據轉化成二維圖像，再將之置於多層神經網絡中，利用上述天體和地面信號色散量等典型特徵，篩選出天體信號，最終「撈」出了這一快速射電暴新源。
科技日報實習記者 於紫月
來源：cnBeta
