2020年1月20日，加拿大氫強度測繪實驗（Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment；CHIME）偵測到一次極為短暫的電波訊號，依據編號命名為「FRB 20200120E」。而後一陣子，其他望遠鏡也陸續偵測到，同一個來源發出了好幾次短暫的電波訊號。例如，歐洲甚長基線干涉網（European VLBI Network）在2020年2至4月間，總共接收到五次訊號。
這一系列神秘的電波訊號，時間非常短暫，甚至只有60奈秒，遠比我們一眨眼的時間來得短。
神秘的快速電波爆
這種稍縱即逝的強烈電波訊號，屬於一種稱為「快速電波爆（fast radio burst；FRB）」的天文事件。快速電波爆的時間都僅有1毫秒或更短，且不像一般的中子星脈衝，並沒有清楚的週期性，而是單次的脈衝。
2007年，天文學家才發現快速電波爆這類事件的存在。至今，學界仍然不清楚它的物理機制。這個網頁整理了高達數十種解釋其成因的理論，可見眾說紛紜。
如FRB 20200120E這樣重複發生的快速電波爆，其實相對罕見。截至2022年4月25日，所有曾被偵測到快速電波爆共有801個，其中只有25起事件重複發生，其餘都只偵測到一次。
為了解FRB 20200120E這次事件的起因，首要的問題就是確認訊號從哪裡發出。慶幸的是，歐洲甚長基線干涉網具有極高的解析力，運用世界各地的11台望遠鏡，將訊號來源定位得非常精確。學者經過嚴密分析，發現這起事件的「肇事者」位於距離銀河系「僅」約一千萬光年M81星系中，而且來自星系內的一個球狀星團（globular cluster）。
訊號竟然來自古老的球狀星團！
這個快速電波爆來自球狀星團，可說是令人感到意外。為什麼這樣說呢？
2020年，天文學家找到有力的證據，說明磁星（magnetar）很可能是快速電波爆的元兇。磁星是一種磁場強度特別高的中子星，可說是宇宙中帶有最強磁場的東西。
一般認為，磁星的形成與大質量恆星有關。當大質量恆星死亡的時候，經常會發生猛烈的超新星爆炸（supernova explosion；延伸閱讀｜宇宙「新」光──新星、超新星與千級新星），並且常有中子星隨之誕生。如果中子星的磁場，因為某些機制而變得特別強，就可能成為磁星。磁星在超新星爆炸後，繼續在星際間「作威作福」，不過隨著時間的流逝，磁星的強磁場也會逐漸衰退。
大質量恆星所致的超新星爆炸，並非在星系中隨處可見。因為大質量恆星總是快速燃燒內部的燃料，所以生命期非常短。約莫只要一千萬年的時間尺度，大質量恆星幾乎都已經爆炸完畢。在更加年老的環境當中，通常只留下小質量的恆星，而不存在大質量恆星。
過去幾年的研究發現，有好幾個重複發生的快速電波爆（例如FRB 20121102A），都來自於恆星大量生成的星系中。這些環境當中，處處皆是年輕有活力的大質量恆星，當它們以超新星爆炸的方式壯烈犧牲，就有機會形成磁星。因此，在這些地方找到快速電波爆，以目前的學說而言，是非常合理的。
然而，這次看到的FRB 20200120E，卻令人相當困惑。這起事件的發生地，竟然是年老恆星的聚集地——球狀星團。在球狀星團內，早已沒有大質量恆星所致的超新星爆炸。多年前經由這類爆炸而形成的磁星，也應該都早已衰微了。
簡而言之，猛烈的快速電波爆，發生在衰老的球狀星團，是一件令人意外的事情！
磁星可能出現在球狀星團嗎？
那麼FRB 20200120E這起事件的起因是什麼呢？學者提出了兩個可能的機制，說明在年老的球狀星團中，也有可能產生磁星。
第一種可能，是白矮星從周圍的伴星吸積物質。當它吃到脹破肚子，達到約1.4倍太陽質量的「錢德拉塞卡極限」，就有可能塌縮而形成磁星。
第二種可能，則是緻密天體的雙星系統發生合併，也就是「中子星—中子星」、「中子星—白矮星」、「白矮星—白矮星」等雙星合而為一之後，也有機會產生磁星。
FRB 20200120E發生的地點，並沒有持續存在的電波或X射線源，因此學者推論，這起事件與以上兩種機制的預測相符。不過，天文學家對於快速電波爆的認識仍然很少，很難立刻下定論。
總之，快速電波爆的成因，仍是天文學未解之謎。雖然不久前有觀測證據，說明「大質量恆星產生的磁星」是合理的機制，但是這樣的說法，並不適用於FRB 20200120E。快速電波爆的成因，可能比天文學家先前所想的更複雜，這個謎團遠遠還沒結案。
參考資料
Kirsten, F., Marcote, B., Nimmo, K. et al (2022). A repeating fast radio burst source in a globular cluster. Nature, 602(7898), 585–589. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04354-w
Ravi, V. (2022). Radio bursts from among the oldest stars. Nature, 602(7898), 583–584. https://doi.org/10.1038/d41586-022-00465-0
作者：歐柏昇（台大物理系/中研院天文所博士生、全國大學天文社聯盟理事長）