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  快速射电暴(fast radio burst,FRB)是宇宙中偶发的射电爆发事件。在几毫秒内,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。

  新京报记者从中国科学院国家天文台获悉,中国天眼FAST快速射电暴优先和重大项目科学研究团队开展了对快速射电暴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2022年9月21日在国际学术期刊《自然》杂志发表。

  本次成果艺术图: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。绘图: 喻京川、傅海

  获得迄今为止爆发数量最多的快速射电暴偏振观测样本

  快速射电暴于2007年首次被报道发现,迄今已经发现了几百个。早先探测到的快速射电暴主要来自银河系外,2020年探测到来自银河系磁星(一类磁场极强的中子星)的快速射电暴,表明有一些快速射电暴可以起源于磁星,但是那些银河系外的快速射电暴,尤其是那些能够重复爆发的快速射电暴的起源依然未知。此外,快速射电暴虽然有大量射电波段的观测资料,但长期以来仍缺乏对其核心区物理参数的直接观测资料。

  此次研究团队使用FAST对位于银河系外的快速射电暴20201124A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会重复爆发的快速射电暴之一。

  “这个快速射电暴是在2020年11月24日被加拿大科学家发现的,我们监测了很多的快速射电暴,其中它具有非常奇怪的物理特性,所以对其进行了长期监测。”北京大学研究员、国家天文台研究员李柯伽告诉新京报记者。

  基于这一迄今为止爆发数量最多的快速射电暴偏振观测样本,该研究团队取得了多个重要发现,均属于国际首次。

  首次揭示快速射电暴密近环境动态演化

  研究团队“拍摄”到了快速射电暴法拉第旋转量(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以天为时标的演化。“前36天每天都在变化,而在随后的18天里几乎不变。”本文合作通讯作者内华达大学拉斯维加斯分校张冰教授说。

  团队还首次发现了快速射电暴的猝灭现象,即快速射电暴20201124A从保持高事件率态到在74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。

  这些现象都说明,在快速射电暴20201124A周围1个天文单位的密近环境是非常复杂且是在动态演化着的。“以前研究快速射电暴的环境,都是讨论其与整个星系的关系,距离是几千光年。此次研究聚焦其周边1个天文单位环境,是几万分之一光年。”他说。

  根据快速射电暴所在环境判断其起源

  通过国际合作,该团队使用美国10米凯克光学望远镜(Keck)对这个快速射电暴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。

  据本文合作通讯作者北京大学东苏勃研究员介绍,那些由于大质量恒星剧烈爆发形成的年轻磁星产生的快速射电暴,其所在区域恒星密度都比较高。此次研究人员发现快速射电暴20201124A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,表明它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。

  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。

  新京报记者 张璐

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