SkyFlux
最遙遠的快速電波爆發：韋伯找到它的宿主星系
發布於 · 最後更新：
2024年3月4日，南非的 MeerKAT 電波望遠鏡記錄到一道只持續幾毫秒的電波閃光，依日期編號為 FRB 20240304B。它來自哪個星系，只有韋伯太空望遠鏡找得到：一個年輕的矮星系，我們看到的是它在大霹靂後 30億年的模樣。在目前確認過的快速電波爆發宿主星系當中，它是最遙遠的一個。
只持續幾毫秒的閃光
快速電波爆發（FRB）是從其他星系傳來的電波脈衝，只持續幾毫秒。第一個是在 2007 年發現的，研究者在波霎巡天的存檔資料裡找到它。大多數只出現一次，少數會重複出現。
脈衝在傳來的路上，會穿過稀薄的帶電氣體；這些氣體讓頻率較低的電波比頻率較高的晚到。天文學家從這段延遲算出色散量，也就是整條路徑上自由電子的總量。FRB 20240304B 的色散量特別大，暗示來源非常遙遠；不過，來源附近的稠密氣體，或是途中經過的星系團，也會把色散量墊高。要確定距離，只能靠宿主星系的紅位移。
從電波定位到紅位移
MeerKAT 是由 64 座碟形天線組成的陣列，分布範圍達 8 公里。這次爆發在 UTC 00:50 由 MeerTRAP 捕捉到，這套系統專門搜尋短暫的訊號。MeerTRAP 一偵測到這次爆發，就把當時運作中的 62 座天線所收到的 300 毫秒原始資料存下來，足以把閃光的位置定在約 0.5 角秒以內，還不到滿月視直徑的三千分之一。
凱克望遠鏡和 MMT 望遠鏡從地面拍下的深度影像，在那個位置什麼也沒看到。接著，韋伯的 NIRCam 儀器在距離爆發位置約 0.3 角秒的地方找到一個黯淡的星系；研究團隊算出，它就是宿主星系的機率為 97.5%。韋伯的 NIRSpec 光譜儀測量這個星系裡氫和氧發出的光，得到紅位移 2.148：星系發出的可見光傳到我們這裡時，波長已經拉長到原本的三倍左右，進入了紅外線波段。
距離為什麼重要：秤一秤星系之間的氣體
宇宙中的一般物質，超過四分之三是散布在星系之間和周圍的氣體，稀薄得看不見。拿一次爆發的色散量和它的距離來比較，就能秤出這些氣體有多少。2020 年，Jean-Pierre Macquart 的團隊用少數幾次爆發做了這件事，得到的一般物質總量，和早期宇宙的測量所預測的相符。有了 FRB 20240304B，這種測量可以沿著一條涵蓋約 80% 宇宙歷史的路徑進行。
這道訊號一路上穿過的自由電子，比一條同樣長度的典型路徑上要多。研究團隊查出，多出來的電子約有一半來自視線方向上的兩個結構：距離約 5,400萬光年的室女座星系團，以及紅位移 0.31 處一個先前不為人知的星系群。脈衝抵達時，持續時間也被拉得很長，主因很可能是爆發所在星系裡的氣體；團隊由此推論，目前的巡天漏掉了一整群像這樣被拉長的爆發。
爆發從何而來，仍然沒有答案
目前最有力的候選來源有兩種。成對的中子星一邊互繞一邊靠近，預計要經過數十億年才會合併，所以合併多半發生在年老的星系裡。磁星是磁場極強的年輕中子星，在一批恆星誕生後的幾百萬年內就能形成，因此多半出現在仍有恆星誕生的星系中。已知的快速電波爆發宿主星系，大多是正在形成恆星的大型星系；這一個的質量只有預期的千分之一左右，形成恆星的速度卻非常快，照目前的速率，大約 5,000萬年就能造出它所有的恆星，可見它的恆星都很年輕。因此團隊認為，這次爆發極不可能來自中子星合併。2020 年，我們銀河系裡的磁星 SGR 1935+2154 發出一次類似的電波爆發，強度約為已知最弱的河外快速電波爆發的四十分之一。
然而 2022 年，研究者把一個會重複爆發的 FRB 定位到 M81 星系的一個球狀星團：那是由非常年老的恆星擠成的稠密球體，照理不會有年輕的磁星在那裡形成。只出現一次的爆發和會重複的爆發是不是出於同一個成因，目前仍不清楚。
這次爆發和它的宿主星系，業餘器材都看不到：閃光只持續幾毫秒，星系又實在太暗。它們位在室女座，天球赤道以北約 12°；除了南半球最南端的地區，南北半球都看得到這片天區。
來源與授權
- ESA/Webb 科學新聞稿 weic2621（2026年10月8日） — MeerTRAP/MeerKAT 在 2024年3月4日的偵測、地面望遠鏡搜尋未果、NIRCam 和 NIRSpec、紅位移 2.148、大霹靂後 30億年、宿主星系的質量只有預期的千分之一、中子星合併與磁星兩種解釋的比較、距離 5,400萬光年的室女座星系團，以及紅位移 0.3 處的星系團／星系群。文字來源：ESA/Webb。https://esawebb.org/news/weic2621/
- ESA/Webb 影像 weic2621a — 首圖與來源標示。授權條款為 CC BY 4.0，依據 https://esawebb.org/copyright/ 的說明。影像頁面：https://esawebb.org/images/weic2621a/
- Caleb、Nanayakkara、Stappers 等，《科學》（2026年10月8日），A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang — 紅位移 2.148、質量低且正在形成恆星的宿主星系、探測範圍涵蓋約 80% 的宇宙歷史、強烈的散射表示還有許多爆發偵測不到。https://doi.org/10.1126/science.adz2675 以下細節取自預印本：MeerKAT 陣列、62 座天線的 300 毫秒緩衝資料、定位範圍 0.28 × 0.48 角秒、凱克與 MMT 都沒有偵測到、0.3 角秒的偏移、97.5% 的關聯機率、室女座星系團與 z = 0.31 的星系群、約 100 個測得宿主紅位移的爆發，大多低於 0.5。《科學》刊出的正式版本需要付費，我們沒有讀過全文；取自預印本的數值，在正式版本中可能略有不同。預印本：https://arxiv.org/abs/2508.01648
- Lorimer 等，《科學》第 318 卷（2007），A Bright Millisecond Radio Burst of Extragalactic Origin — 第一個快速電波爆發，在波霎巡天的存檔資料中發現。https://doi.org/10.1126/science.1147532
- Macquart 等，《自然》第 581 卷（2020），A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts — 超過四分之三的重子位在瀰漫的氣體中；由快速電波爆發的色散求得的重子密度，和早期宇宙的數值一致。https://arxiv.org/abs/2005.13161
- Bochenek 等，《自然》第 587 卷（2020），A fast radio burst associated with a Galactic magnetar — SGR 1935+2154 在 2020年4月28日發出的電波爆發。https://arxiv.org/abs/2005.10828
- Kirsten 等，《自然》第 602 卷（2022），A repeating fast radio burst source in a globular cluster — FRB 20200120E 位在 M81 星系系統的一個球狀星團中，對年輕磁星模型構成挑戰。https://arxiv.org/abs/2105.11445
