陸成寬

在廣袤的宇宙中，偶然會有一股射電暴襲來，僅僅閃現(xiàn)幾個毫秒。究竟是誰發(fā)出了這些射電暴？它們到底包含了什么信息？過去十幾年，天文學家一直在探尋真相。

依托“中國天眼”（FAST），我國科研人員對重復快速射電暴FRB20201124A的近2000次爆發(fā)進行了觀測，獲得了迄今為止最大的快速射電暴偏振觀測樣本。他們發(fā)現(xiàn)這個快速射電暴處于一個非常復雜的動態(tài)演化的強磁場環(huán)境中，并首次探測到快速射電暴周圍1個天文單位（即太陽到地球的距離）內(nèi)的磁場變化。這些發(fā)現(xiàn)表明，F(xiàn)RB 20201124A非?；钴S，它可能來自一個雙星系統(tǒng)，該研究朝著確定快速射電暴的產(chǎn)生機制邁出關鍵一步。相關成果9月21日在線發(fā)表于《自然》和《自然·通訊》雜志。

快速射電暴是廣袤宇宙中的一種射電劇烈爆發(fā)現(xiàn)象。它持續(xù)時間極短，通常只有幾毫秒。

可別小瞧這幾毫秒的閃現(xiàn)。雖然它存在的時間非常短，但能量特別高。在這幾毫秒的時間里，它可以把地球上幾百億年的發(fā)電量，完全以射電波的形式釋放掉。

2007年發(fā)現(xiàn)首個快速射電暴以來，天文學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個來自廣袤宇宙的快速閃光。然而，“快速射電暴的起源和能源機制卻是當今天文學最大的謎題之一，科學家對此一直爭論不休?！北本┐髮W/中科院國家天文臺研究員李柯伽強調(diào)。

最初，天文學家探測到的快速射電暴主要來自銀河系外。2020年，天文學家探測到了來自銀河系磁星（即磁場特別強的中子星）的快速射電暴?！斑@表明，有些快速射電暴起源于磁星，但那些來自銀河系外的快速射電暴的起源依然未知。同時，快速射電暴雖然有大量射電波段的觀測資料，但長期以來天文學界對其核心區(qū)域的直接觀測仍然很少?！崩羁沦ぬ寡?。

利用FAST，研究團隊對FRB20201124A進行了長期監(jiān)測?！拔覀冊?4天的82小時觀測中，測到了來自這個快速射電暴的1863個爆發(fā)脈沖信號，它的高爆發(fā)率使其成為最活躍的幾個重復暴之一?！崩羁沦ふf。

研究團隊通過對這個快速射電暴的深度觀測，取得若干重要發(fā)現(xiàn)，均屬于國際首次。

他們“拍攝”到了快速射電暴的法拉第旋轉(zhuǎn)量動態(tài)演化的“電影”?！胺ɡ谛D(zhuǎn)量可以幫助我們測量宇宙環(huán)境中的磁場強度。”李柯伽解釋說。他們首次發(fā)現(xiàn)了法拉第旋轉(zhuǎn)量的奇異演化行為，即在前36天里法拉第旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)了無規(guī)律的短期變化，而在隨后的18天里幾乎不變。

同時，研究團隊首次發(fā)現(xiàn)了快速射電暴的猝滅現(xiàn)象，即FRB 20201124A前期一直保持著高爆發(fā)率，然后在74小時內(nèi)突然熄滅。對此，李柯伽解釋說：“我們一直以每隔一天或者兩天、每次一兩個小時的觀測頻率持續(xù)觀測該快速射電暴，突然有一天這個快速射電暴就看不到了，之后繼續(xù)觀測了15天也沒有發(fā)現(xiàn)它的信號。它突然消失距離上次觀測正好74小時?！?/p>

“我們還首次測到快速射電暴偏振度隨電磁波波長振蕩的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都說明在這個快速射電暴周圍一個日地距離內(nèi)的環(huán)境是非常復雜且在動態(tài)演化著的。”李柯伽說。

此外，通過國際合作，研究團隊利用美國10米凱克光學望遠鏡，對這個快速射電暴的宿主星系進行了深度觀測。共同通訊作者、北京大學教授東蘇勃說，他們發(fā)現(xiàn)其宿主星系是一個約銀河系大小、富金屬的棒旋星系。

更重要的是，研究人員還發(fā)現(xiàn)，這個快速射電暴所在區(qū)域的恒星密度較低，與星系中心距離不遠不近。

“我們認為，這個環(huán)境與大質(zhì)量恒星極端爆炸導致的超亮超新星模型不符，也與伽馬射線暴后形成的年輕磁星模型不相符合。”李柯伽說，這為快速射電暴起源研究提供了新認識。

這一快速射電暴到底所來何處？《自然·通訊》一文的第一作者和通訊作者、南京大學教授王發(fā)印表示，他領銜的團隊首先發(fā)現(xiàn)了FRB 20201124A周圍的磁場改變了方向，“該現(xiàn)象與銀河系內(nèi)PSR B1259-63/LS 2883雙星相似，所以我們認為，F(xiàn)RB 20201124A可能產(chǎn)生于磁星和Be星（比太陽更熱、更大、旋轉(zhuǎn)更快的恒星）組成的雙星系統(tǒng)?！?/p>

在王發(fā)印團隊建構的模型中，法拉第旋轉(zhuǎn)量的演化由快速射電暴輻射穿過Be星盤產(chǎn)生，當磁星運動到Be星和觀測者之間時，F(xiàn)RB 20201124A周圍的磁場改變了方向。

“這項研究為解釋快速射電暴的起源提供了重要線索，即一部分快速射電暴可能起源于雙星系統(tǒng)?！蓖醢l(fā)印說。