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“中国天眼”再立功 快速射电暴揭秘又进一步
来源:科技日报 作者: 时间:2022年09月22日  10:11

在广袤的宇宙中,偶然会有一股射电暴袭来,仅仅闪现几个毫秒。究竟是谁发出了这些射电暴?它们到底包含了什么信息?过去十几年,天文学家一直在探寻真相。

依托“中国天眼”(FAST),我国科研人员对重复快速射电暴FRB20201124A的近2000次爆发进行了观测,获得了迄今为止最大的快速射电暴偏振观测样本。他们发现这个快速射电暴处于一个非常复杂的动态演化的强磁场环境中,并首次探测到快速射电暴周围1个天文单位(即太阳到地球的距离)内的磁场变化。这些发现表明,FRB 20201124A非常活跃,它可能来自一个双星系统,该研究朝着确定快速射电暴的产生机制迈出关键一步。相关成果9月21日在线发表于《自然》和《自然·通讯》杂志。

快速射电暴是广袤宇宙中的一种射电剧烈爆发现象。它持续时间极短,通常只有几毫秒。

可别小瞧这几毫秒的闪现。虽然它存在的时间非常短,但能量特别高。在这几毫秒的时间里,它可以把地球上几百亿年的发电量,完全以射电波的形式释放掉。

2007年发现首个快速射电暴以来,天文学家已经发现了数百个来自广袤宇宙的快速闪光。然而,“快速射电暴的起源和能源机制却是当今天文学最大的谜题之一,科学家对此一直争论不休。”北京大学/中科院国家天文台研究员李柯伽强调。

最初,天文学家探测到的快速射电暴主要来自银河系外。2020年,天文学家探测到了来自银河系磁星(即磁场特别强的中子星)的快速射电暴。“这表明,有些快速射电暴起源于磁星,但那些来自银河系外的快速射电暴的起源依然未知。同时,快速射电暴虽然有大量射电波段的观测资料,但长期以来天文学界对其核心区域的直接观测仍然很少。”李柯伽坦言。

利用FAST,研究团队对FRB20201124A进行了长期监测。“我们在54天的82小时观测中,测到了来自这个快速射电暴的1863个爆发脉冲信号,它的高爆发率使其成为最活跃的几个重复暴之一。”李柯伽说。

研究团队通过对这个快速射电暴的深度观测,取得若干重要发现,均属于国际首次。

他们“拍摄”到了快速射电暴的法拉第旋转量动态演化的“电影”。“法拉第旋转量可以帮助我们测量宇宙环境中的磁场强度。”李柯伽解释说。他们首次发现了法拉第旋转量的奇异演化行为,即在前36天里法拉第旋转出现了无规律的短期变化,而在随后的18天里几乎不变。

同时,研究团队首次发现了快速射电暴的猝灭现象,即FRB 20201124A前期一直保持着高爆发率,然后在74小时内突然熄灭。对此,李柯伽解释说:“我们一直以每隔一天或者两天、每次一两个小时的观测频率持续观测该快速射电暴,突然有一天这个快速射电暴就看不到了,之后继续观测了15天也没有发现它的信号。它突然消失距离上次观测正好74小时。”

“我们还首次测到快速射电暴偏振度随电磁波波长振荡的现象。这些现象都说明在这个快速射电暴周围一个日地距离内的环境是非常复杂且在动态演化着的。”李柯伽说。

此外,通过国际合作,研究团队利用美国10米凯克光学望远镜,对这个快速射电暴的宿主星系进行了深度观测。共同通讯作者、北京大学教授东苏勃说,他们发现其宿主星系是一个约银河系大小、富金属的棒旋星系。

更重要的是,研究人员还发现,这个快速射电暴所在区域的恒星密度较低,与星系中心距离不远不近。

“我们认为,这个环境与大质量恒星极端爆炸导致的超亮超新星模型不符,也与伽马射线暴后形成的年轻磁星模型不相符合。”李柯伽说,这为快速射电暴起源研究提供了新认识。

这一快速射电暴到底所来何处?《自然·通讯》一文的第一作者和通讯作者、南京大学教授王发印表示,他领衔的团队首先发现了FRB 20201124A周围的磁场改变了方向,“该现象与银河系内PSR B1259-63/LS 2883双星相似,所以我们认为,FRB 20201124A可能产生于磁星和Be星(比太阳更热、更大、旋转更快的恒星)组成的双星系统。”

在王发印团队建构的模型中,法拉第旋转量的演化由快速射电暴辐射穿过Be星盘产生,当磁星运动到Be星和观测者之间时,FRB 20201124A周围的磁场改变了方向。

“这项研究为解释快速射电暴的起源提供了重要线索,即一部分快速射电暴可能起源于双星系统。”王发印说。(记者 陆成宽 金 凤)

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