中国天眼揭示快速射电暴密近环境的动态演化

概述

据中科院国家天文台官网消息^[1]，中国天眼 FAST 快速射电暴优先和重大项目科学研究团队利用中国科学院国家天文台运行的 FAST^[2] ，开展了对 FRB 20201124A 的深度观测，获得了迄今为止最大的快速射电暴偏振观测样本，首次探测到了距离快速射电暴中心仅1个天文单位（即太阳到地球的距离）的周边环境的磁场变化，对确定快速射电暴中心引擎机制迈出关键一步。该成果于北京时间9月21日在国际学术期刊《自然》上发表。

中国天眼

中国天眼

500米口径球面射电望远镜又被称为“中国天眼”，是中国科学院国家天文台的一座射电望远镜，其落成后至今仍是为世界上最大的单孔径望远镜。

中国天眼的主要科学任务：

• 大规模中性氢的巡天调查
• 脉冲星的发现
• 领导国际VLBI的网络
• 检测星际分子
• 检测星际通信讯号
• 脉冲星计时阵列

中国天眼于2016年10月加入搜寻地外文明计划（ SETI ）的突破倾听专案，以寻找宇宙中的智慧外星通信。

快速射电暴

快速射电暴和宿主星系艺术想象图。世界最大单口径射电望远镜中国天眼（左下）和空间分辨率最高的单口径光学望远镜凯克望远镜（右上）承担本研究观测。图源：中国科学院国家天文台

快速射电暴（ 英语：Fast radio burst，缩写为 FRB ）^[3]是一种宇宙学起源的高能天体物理现象，呈现瞬态电波脉冲，仅维持数毫秒的爆发。

在几毫秒时间内，它们所释放的射电波段的能量，相当于全世界当前总发电量累计几百亿年的总和，但目前快速射电暴的物理起源仍然不清楚，其中心机制尚属未知。

快速射电暴的色散量远超出银河系的色散量，表明其具有银河系外的起源。

成果

此次研究团队使用 FAST 对位于银河系外的 FRB20201124A 进行了长期监测，在54天共计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，它的高事件率使其成为最活跃的几个重复暴之一。

基于这一迄今为止最大的快速射电暴偏振观测样本，该研究团队取得了若干重要发现，均属于国际首次。该团队“拍摄”到了 FRB 法拉第旋转量（这可以帮助测量环境中的磁场强度）动态演化的“电影”：

• • 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时标演化，而在随后的18天里几乎不变；
    

    法拉第旋转量的短时标演化。阴影区有FAST观测，但是没有探测到FRB爆发，说明FRB是突然熄灭的 图源：中国科学院国家天文台

  • 首次发现了 FRB 的猝灭现象，即 FRB 20201124A 从保持高事件率态到在72小时内突然熄灭；
  • 首次在 FRB 中探测到了与之前所有FRB都显著不同的高圆偏振度脉冲，其最高值达到了75%；
  • 首次发现频率依赖的偏振振荡现象。
    

    FRB 20201124A 中探测到的线/圆偏振度和偏振位置角的振荡现象 图源：中国科学院国家天文台

这些现象都说明了在这个 FRB 周围1个天文单位的环境是非常复杂并且在动态演化着的。通过偏振振荡现象，该团队对这个 FRB 周围1个天文单位的环境的磁场给出直接限制，达到了高斯量级以上。

通过国际合作，该团队使用美国10米凯克光学望远镜（ Kec ）对这个 FRB 的宿主星系进行了深度观测，发现其宿主星系是约银河系尺度大小、富金属的棒旋星系，并且发现这个 FRB 所在区域恒星密度较低，处于旋臂之间，距离星系中心中等距离，表明该 FRB 并非起源于大质量恒星极端爆炸导致的超亮超新星或伽马射线暴后形成的年轻磁星。

团队通过 Keck 望远镜对 FRB20201124A 的宿主星系进行的光谱和高分辨率成像观测 图源：中国科学院国家天文台

未来

目前，中国天眼 FAST 快速射电暴优先和重大项目科研团队近百人在紧密合作，期待找到决定快速射电暴核心物理过程和能源机制的直接观测证据，引导国际多波段联合观测，早日揭示快速射电暴的物理起源。

参考来源：

[1]中国天眼揭示快速射电暴密近环境的动态演化–中国科学院国家天文台 (cas.cn)

[2]500米口径球面射电望远镜 – 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

[3]快速射电暴 – 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)