2007年，澳大利亚帕克斯天文台的邓肯·洛里默在翻阅旧数据时，注意到一段诡异的信号——它在不到5毫秒的时间内释放了相当于太阳一个月辐射能量的射电脉冲。这个被称为"洛里默爆发"的事件，在随后的数年间一直被认为是孤例。直到2013年，又一批类似的脉冲信号被发现，天文学家才意识到：我们正在面对一种全新的宇宙现象——快速射电暴(Fast Radio Burst, FRB)。
二十年来，快速射电暴从一个几乎无人相信的观测异象，成长为天体物理学中最活跃的研究前沿之一。2016年，第一个重复暴FRB 121102被定位到30亿光年外的矮星系中；2020年，银河系内的磁星SGR 1935+2154产生了类似FRB的信号，为磁星驱动假说提供了决定性证据；到2025年底，已知的FRB事件已超过1500个。
一、什么是快速射电暴
FRB是来自银河系外、持续时间仅为毫秒量级的射电脉冲。典型的FRB持续时间只有1-5毫秒，但其峰值流量密度可以高达数十央斯基(Jansky)。考虑它们动辄数亿光年的传播距离，这意味着其等效各向同星等效能相当于太阳在数天内甚至数小时内释放的总能量——仅在几毫秒之内。
FRB的另一个关键特征是其色散量(Dispersion Measure, DM)。射电脉冲在穿越星际和星系际空间中的自由电子时，高频成分比低频成分传播更快，导致脉冲被"展宽"为频率相关的延迟。DM值越高，意味着信号传播路径上的电子总量越多，这是FRB来自宇宙学距离的最直接证据。
二、重复暴与非重复暴
早期发现的所有FRB看起来都是一次性的——此后再也没有探测到同一源头的第二次爆发。这引发了关于FRB是否可以分为两大类的争论。2016年FRB 121102的重复爆发打破了这种格局，此后越来越多的重复暴被发现。
目前观测到的FRB中，大约5%被确认为重复暴。但这是否意味着FRB确实存在两个不同的来源？还是说所有FRB都会重复，只是非重复暴的爆发周期更长、强度更弱，超出了我们当前望远镜的灵敏度？这个问题至今尚无定论。
三、为什么会爆发——磁星模型
2020年4月28日，人类的FRB研究迎来关键突破。加拿大CHIME望远镜和美国的STARE2探测器同时捕捉到一个来自银河系磁星SGR 1935+2154的射电暴，其X射线对应体也被多个X射线卫星观测到。这是人类首次将FRB与磁星直接联系起来。
磁星是一种特殊的中子星，其表面磁场强度高达10^14-10^15高斯，比地球磁场强一万亿倍以上。目前主流的理论认为：
- 磁层活动模型：磁星外部磁场的突然重联释放能量，产生高能电子-正电子对，这些粒子在磁场中运动产生相干同步曲率辐射，最终形成高度准直的射电脉冲。
- 震激波模型：磁星壳层的"星震"将磁化等离子体抛射入外部介质，产生冲击波并放大射电辐射。
- 磁星风模型：持续的星风与周围壳层相互作用，在特定条件下产生相干辐射。
然而，磁星模型并不能完美解释所有现象。例如，FRB 121102的活跃性周期长达约157天（活跃期约90天，静默期约67天），实验室产生如此精确的周期性机制仍然不清楚。此外，一些FRB表现出极为复杂的脉冲结构和频率演化模式，这些细节在磁星模型中仍有待解释。
四、FRB作为宇宙学探针
除了作为极端天体物理实验室，FRB还因其独特的色散特性成为探测宇宙结构的新型工具。
重子物质普查：宇宙中的重子物质（普通物质中质子与中子的总称）有相当一部分被认为是"缺失的"——它们存在于星系际空间或者暗星系中，难以被传统手段探测。而FRB的色散量精确反映了传播路径上的电子密度，通过结合距离信息(来自寄主星系红移)，可以反推出重子的分布。
测量宇宙磁场：射电波穿过磁场时会产生法拉第旋转效应——偏振面的旋转量正比于磁场强度与传播距离的乘积。通过测量FRB的偏振特征，天文学家可以间接获得沿途磁场的分布信息。
检验宇宙学模型：不同距离的FRB的DM值遵循特定的宇宙学关系(DM-z关系)，这可以用于检验宇宙膨胀模型，甚至限制中微子质量等粒子物理参数。
五、未来展望
下一代射电望远镜将彻底改变FRB的研究格局。默奇森宽场阵列(MWA)升级版、中国FAST望远镜的FRB搜寻项目、以及未来的平方公里阵列(SKA)，预计每天可以探测到数十甚至上百个新的FRB事件。同时，X射线、光学、伽马射线等多波段协同观测能力的提升，将进一步揭示FRB的完整电磁辐射图像。
一些研究者甚至开始探索利用FRB进行脉冲星导航和极端时空探测的可能性。作为宇宙中最明亮的瞬变事件之一，FRB不仅是神秘宇宙的信使，更可能成为未来星际导航的天然灯塔。
从洛里默偶然发现那个异常脉冲到今天，快速射电暴已经走过了二十年。我们已经知道了它们来自宇宙学距离，很可能由磁星驱动，可以用作宇宙学探针。但FRB仍然留下太多未解之谜：是什么决定了重复暴的周期性？为什么大多数FRB不重复？磁星的极端物态在辐射过程中扮演了怎样的精确角色？这些问题等待着下一代天文学家和新一代的望远镜来回答。
本文仅供科普参考，内容基于截至2025年底的天文学观测和理论研究成果。
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