中國天眼揭示快速電波爆發密近環境的動態演化

概述

據中國科學院國家天文台官網消息^[1]，中國天眼 FAST 快速電波爆發優先和重大項目科學研究團隊利用中國科學院國家天文台運行的 FAST^[2] ，開展了對 FRB 20201124A 的深度觀測，獲得了迄今為止最大的快速電波爆發偏振觀測樣本，首次探測到了距離快速電波爆發中心僅1個天文單位（即太陽到地球的距離）的周邊環境的磁場變化，對確定快速電波爆發中心引擎機制邁出關鍵一步。該成果於北京時間9月21日在國際學術期刊《自然》上發表。

中國天眼

中國天眼

500米口徑球面無線電望遠鏡（ 英語：Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope ，簡稱 FAST ）又被稱為「中國天眼」，是中國科學院國家天文台的一座無線電望遠鏡，其落成後至今仍是為世界上最大的單孔徑望遠鏡。

FAST的科學目標：

• 大規模中性氫的巡天調查
• 脈衝星的發現
• 領導國際VLBI的網路
• 檢測星際分子
• 檢測星際通信訊號
• 脈衝星計時陣列

FAST望遠鏡於2016年10月加入 SETI 的突破傾聽專案，以尋找宇宙中的智慧外星通信。

快速電波爆發

快速電波爆發和宿主星系藝術想像圖 圖源：中國科學院國家天文台

快速電波爆發（ 英語：Fast radio burst ，縮寫為FRB ）^[3]是一種宇宙學起源的高能天體物理現象，呈現瞬態電波脈衝，僅維持數毫秒的爆發。

在幾毫秒時間內，它們所釋放的射電波段的能量，相當於全世界當前總發電量累計幾百億年的總和，但目前快速射電暴的物理起源仍然不清楚，其中心機制尚屬未知。

快速電波爆發的頻散量遠超出銀河系的頻散量，表明其具有銀河系外的起源。

成果

此次研究團隊使用 FAST 對位於銀河系外的 FRB20201124A 進行了長期監測，在54天共計82小時觀測中測到了來自這個快速電波爆發的1863個爆發脈衝信號，它的高事件率使其成為最活躍的幾個重複暴之一。

基於這一迄今為止最大的快速射電暴偏振觀測樣本，該研究團隊取得了若干重要發現，均屬於國際首次。該團隊「拍攝」到了 FRB 法拉第旋轉量（這可以幫助測量環境中的磁場強度）動態演化的「電影」：

• 首次發現了法拉第旋轉量的奇異演化行為，即在前36天裡法拉第旋轉出現了無規律的短時標演化，而在隨後的18天裡幾乎不變；
  

  法拉第旋轉量的短時標演化。陰影區有FAST觀測，但是沒有探測到FRB爆發，說明FRB是突然熄滅的 圖源：中國科學院國家天文台

• 首次發現了 FRB 的猝滅現象，即 FRB 20201124A 從保持高事件率態到在72小時內突然熄滅；
• 首次在 FRB 中探測到了與之前所有FRB都顯著不同的高圓偏振度脈衝，其最高值達到了75%；
• 首次發現頻率依賴的偏振振盪現象；
  

  FRB 20201124A 中探測到的線/圓偏振度和偏振位置角的振盪現象 圖源：中國科學院國家天文台

這些現象都說明了在這個 FRB 周圍1個天文單位的環境是非常複雜並且在動態演化著的。通過偏振振盪現象，該團隊對這個 FRB 周圍1個天文單位的環境的磁場給出直接限制，達到了高斯量級以上。

通過國際合作，該團隊使用美國10米凱克望遠鏡（ Kec ）對這個 FRB 的宿主星系進行了深度觀測，發現其宿主星系是約銀河系尺度大小、富金屬的棒旋星系，並且發現這個 FRB 所在區域恒星密度較低，處於旋臂之間，距離星系中心中等距離，表明該 FRB 並非起源於大品質恒星極端爆炸導致的超亮超新星或伽馬射線暴後形成的年輕磁星。

團隊通過 Keck 望遠鏡對 FRB20201124A 的宿主星系進行的光譜和高解析度成像觀測 圖源：中國科學院國家天文臺

未來

目前，中國天眼 FAST 快速電波爆發優先和重大項目科研團隊近百人在緊密合作，期待找到決定快速射電暴核心物理過程和能源機制的直接觀測證據，引導國際多波段聯合觀測，早日揭示快速電波爆發的物理起源。

參考來源：

[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米口徑球面無線電望遠鏡 – 維基百科，自由的百科全書 (wikipedia.org)

[3]快速電波爆發 – 維基百科，自由的百科全書 (wikipedia.org)