中國天眼揭示快速射電暴密近環境的動態演化

9月21日，中國天眼（FAST）快速射電暴優先和重大項目科學研究團隊在《自然》發表新成果。研究團隊利用FAST，開展了對快速射電暴FRB 20201124A的深度觀測，獲得了迄今為止最大的快速射電暴偏振觀測樣本，首次探測到了距離快速射電暴中心僅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，對確定快速射電暴中心引擎機制邁出關鍵一步。

快速射電暴是宇宙中偶發的射電爆發事件。在幾毫秒時間內，它們所釋放的射電波段的能量，相當于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。

2007年，快速射電暴首次被科學家報道發現，迄今已經發現了幾百個。早先探測到的快速射電暴主要來自銀河系外，2020年探測到來自銀河系磁星（一類磁場極強的中子星）的快速射電暴，表明有一些快速射電暴可以起源于磁星，但是那些宇宙學起源的快速射電暴，尤其是那些能夠重復爆發的快速射電暴的起源依然未知。此外，快速射電暴雖然有大量射電波段的觀測資料，但長期以來仍缺乏對其核心區物理參數的直接觀測資料。

此次研究團隊使用FAST對位于銀河系外的FRB 20201124A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射電暴的1863個爆發脈沖信號，它的高事件率使其成為最活躍的幾個重復暴之一。這是迄今為止最大的快速射電暴偏振觀測樣本。

基于該樣本，研究團隊取得了若干重要發現。

該團隊“拍攝”到了快速射電暴法拉第旋轉量動態演化的“電影”。法拉第旋轉量可以幫助測量環境中的磁場強度。研究團隊首次發現了法拉第旋轉量的奇異演化行為，即在前36天里法拉第旋轉出現了無規律的短時標演化，而在隨后的18天里幾乎不變。

此外，團隊還首次發現了快速射電暴的猝滅現象，即FRB 20201124A從保持高事件率態到在74小時內突然熄滅；首次在快速射電暴中探測到了與之前所有快速射電暴都顯著不同的高圓偏振度脈沖，其最高值達到了75%；首次發現頻率依賴的偏振振蕩現象。

共同通訊作者、中國科學院國家天文臺研究員朱煒瑋介紹，這些現象都說明，在FRB 20201124A周圍1個天文單位的環境是非常復雜并且在動態演化著的。

通過偏振振蕩現象，該團隊對FRB 20201124A周圍1個天文單位的環境磁場給出直接限制，達到了高斯量級以上。通過國際合作，該團隊使用美國10米凱克光學望遠鏡（Keck）對該快速射電暴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，并且發現該快速射電暴所在區域恒星密度較低，處于旋臂之間，距離星系中心中等距離，表明該快速射電暴并非起源于大質量恒星極端爆炸導致的超亮超新星或伽馬射線暴后形成的年輕磁星。

FAST由中國科學院國家天文臺運行，目前中國天眼FAST快速射電暴優先和重大項目科研團隊有近百人在緊密合作，目標是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，早日揭示快速射電暴的物理起源。

快速射電暴和宿主星系藝術想象圖（喻京川、傅海繪圖）。世界最大單口徑射電望遠鏡中國天眼（左下）和空間分辨率最高的單口徑光學望遠鏡凱克望遠鏡（右上）承擔本研究觀測。國家天文臺供圖

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