来源:中国科学报
科学家利用中国的天眼54天82小时（FAST）给银河系外一个持续时间只有十秒的神秘信号——快速射电暴（FRB） 20201124A9月22日，相关研究成果在《自然》中发表。
无线电波段在几毫秒内瞬间爆发的能量相当于全球总发电量数百亿年的总和。自2007年首次发现以来，科学家们已经发现了数千起此类事件。但答案还不确定它们的起源是什么。
科学家对这个河外信号的近2000次爆发进行了动态监测，取得多个国际首次重要发现。“我们发现，它来自一个宿主星系的恒星不那么密集的地方，那里的磁场变化非常强烈。”论文通讯作者、北京大学教授、中科院国家天文台研究员李柯伽告诉《中国科学报》。
用中国独立开发的世界级的‘天眼’望远镜，我们率先看到了别人还没有看到的新现象，这是非常令人兴奋的，也是科学发现的魅力。中国科学院国家天文台研究员朱伟伟说，他很荣幸自2017年起参加FAST大装置建成后，早期调试并参与相关研究。
同日，该论文的共同作者、南京大学天文学系教授王发印也在《自然-通信》的另一项研究中对观察结果进行了数据建模。除了磁星（一种磁场强的中子星）外，它还为快速射电暴的双星起源潜在电源提供了证据。
捕捉异常现象
FRB 20201124A2020年加拿大氢强度测绘实验（CHIME）望远镜发现河外信号。
这款大视场望远镜非常擅长抓住新的快速射电暴，在发现信号活跃后，我们立即开始跟进。朱伟伟告诉《中国科学报》，这是天文学国际合作与信息共享的案例。就像最近中科院国家天文台副研究员王培一样，FAST另一种快速射电暴发现FRB 20121102A在《天文简报》中重复出现并与国际同行分享，可以让世界各地的天文学家第一时间跟进活跃的天体，把握新现象。
科学家利用2021年4月1日至6月11日的两个多月FAST对FRB 20201124A展开每天一小时的持续观测。
就像拍电影一样，通过无线电观看它的物理进化。美国内华达大学拉斯维加斯分校教授张冰说，随着地球的旋转和旋转，在过去的两个月里，观测时间从最初的下午4点慢慢转移到上午，最后一次观测是早上6点。
据报道，计算观测时间并不难，只要在计算机上按模型运行两次。复杂的是分析和处理在此过程中获得的大量数据——54天82小时观测到的1863个动态脉冲信号。如此高频的爆发率也使该事件成为最活跃的重复暴力之一。研究人员需要开发新的理论模型，以了解这些数据说明了什么。
手稿是今年7月收到的。与观察的两个多月相比，在过去的一年半里，我们大部分时间都在分析数据能给我们什么信息。李柯伽说。
令研究人员高兴的是，他们最终观察到了许多国际上从未发现过的快速射电暴。
这包括第一次发现法拉第旋转量的奇怪进化行为，即法拉第旋转在前36天出现不规则的短时标进化，在接下来的18天几乎保持不变；第一次发现快速射电暴的猝灭，即从保持高爆炸状态到72小时内突然熄灭；第一次检测到与之前所有快速射电暴的高圆偏振脉冲，其最高值达到75%；偏振度随电磁波波长振荡首次测量。
所有这些现象都表明在FRB 20201124A周围1个天文单位（即太阳到地球的距离）的环境，是非常复杂且在动态演化着的。”李柯伽说。
他向《中国科学报》解释说，法拉第的旋转量可以用来了解环境中的磁场强度，观察到的变化表明快速射电暴周围的磁场环境发生了剧烈的变化。与此同时，通过偏振振荡，他们认为周围的磁场达到了高斯级以上。
窥探起源的奥秘
通过国际合作，中西望远镜在无线电波段和光学波段上具有互补优势，为快速射电暴可能产生的宿主环境和理论机制提供了新的证据。
“在对FRB 20201124A在观察中，我们还使用美国夏威夷的凯克10米光学望远镜观察了它的宿主星系，首次区分了宿主星系的结构，揭示了它周围几百光年的星系环境。北京大学教授东苏勃告诉《中国科学报》。
据报道，研究团队利用光谱观测确定了宿主星系的精确红移，估计距地球约15亿光年。由于大气湍流的影响，看到如此遥远的宿主星系并不容易。以前的图像只能看到模糊的群体，而不能区分任何结构。通过与艾奥瓦大学教授傅海等天文学家的国际合作，研究团队克服了不利影响，首次拍摄了宿主星系的清晰图像。
这是一个棒旋星系，约银河系大小，富金属。北京大学博士陈平向《中国科学报》介绍，所谓棒旋星系，是指由恒星组成的棒结构穿过星系中心的漩涡星系。研究发现，本研究的快速射电暴源不在棒或涡臂上，而在臂与星系中心的中等距离，位于星系盘上恒星密度较低的区域。
了解宿主星系的结构和快速射电暴周围的星系环境有什么科学意义？
重复快速射电暴的宿主星系，无论是来自比银河系小得多的矮星系，还是类似银河系的漩涡星系，都位于大量年轻恒星密集诞生地附近。为此，一些科学家提出，快速射电暴可能与超亮超新星或伽马射线暴后形成的年轻磁星有关。
但我们的研究表明，重复暴力正处于一个相对普通的星系环境中。东苏波说，这意味着重复暴力的星系环境不支持上述假设。
在《自然-通信》的研究中，王发印和他的合作伙伴基于观察数据FRB 20201124A建模分析了潜在动力源。
到目前为止，科学家已经建立了60多个快速射电暴起源模型，如磁星、中子星合并或中子星与小行星碰撞。2020年，中外科学家首次确定银河系内的快速射电暴FRB 200428起源于磁星；但大多数快速射电暴来自银河系，其起源尚未得到验证。
王发印和合作伙伴发现，FRB 20201124A为周围环境做出贡献的法拉第旋转会改变符号，表明周围磁场改变了方向，这与银河系有关PSR B1259-63/LS 2883双星相似。这表明它可能来自磁星和Be由明星组成的双星系统(光谱中有明显氢发射线的B型恒星)。
他们还发现，该事件是第一个具有圆偏振和持续时间最长的重复快速射电暴。一般射电暴的平均时间只有几毫秒，这次可以达到15毫秒左右，高于一个量级。王发印说，这可能是由于快速射电暴的辐射穿过Be在星盘上，电子散射导致快速射电暴持续时间延长。此外，法拉第的旋转量发生了显著变化，并伴有退偏振现象，这可能是由于盘上的材料和磁场不均匀，导致法拉第的旋转值在不同的视线方向上不同。
据报道，该模型可以解释法拉第最新发现的其他三种快速射电暴旋转演变（FRB 190520B、FRB 180916和FRB 220529年)。一位审稿人评论道：该模型给出了强有力的证据表明，一些快速射电暴可能起源于双星系统，对该领域具有重要价值。
向真相逼近
在2007年发现第一次快速射电暴后，一些科学家估计，每10年只能看到一次射电暴。然而，在过去的几年里，大视场望远镜的系统和大规模发展使这一研究领域日益发生变化。世界上已经发布了数百次快速射电暴，实际上已经发现了数千次。
“得益于FAST 在过去的几年里，中国科学家在快速射电暴研究领域取得了新的发现，并活跃在世界前沿。朱伟伟说。
然而，他说还有很多问题要回答。FRB起源是什么？为什么会有这么多爆发？这就需要将天文观察与理论建模相结合，不断发现新的现象和可能性，一步步逼近真相。
为了实现这一目标，李柯伽说，除了FAST此外，天文观测中多波段观测能力不足的籁望远镜实验阵列等基础设施将逐步解决天文观测中多波段观测能力不足的问题。我们期待着近100人的合作团队依靠它FAST，牵引更多的国际联合观察，在未来几年产生更重要的成果，找到真正的来源，为了解这种强烈的天体物理现象做出贡献。”他说。
王发印建议加强快速射电暴研究人才的培养。他告诉记者，这一领域的大多数研究人员都是从脉冲星研究转向的，人才队伍的整体实力仍然不足。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05071-8
https://doi.org/10.1038/s41467-022-31923-y
