科學家找到快速射電重復暴的“身份證”

　　快速射電暴（FRB）是在無線電波段最為劇烈的爆發現象，其起源未知，也是當今天文學領域熱點前沿之一。中國科學院國家天文臺李菂團隊系統分析了來自包括“中國天眼”500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）、美國綠岸望遠鏡（GBT）在內的多項數據，首次提出了能夠統一解釋重復快速射電暴偏振頻率演化的機制，并基于此導出了能夠描述快速射電暴周邊環境單一參數即“RM彌散”。這一機制支持重復快速射電暴處在類似超新星遺跡的復雜電離環境中，并可以通過偏振觀測確定其可能的演化階段，為最終確定FRB起源提供了關鍵觀測證據。快速射電暴的“RM彌散”越大對應其周邊環境變化越劇烈，因此也很可能越年輕，這有潛力成為辨識重復暴的“身份證”。北京時間3月18日，相關研究成果發表在《科學》（Science）上。

　　快速射電暴的偏振性質包含快速射電暴本征特性與形成環境的豐富信息，對快速射電暴偏振性質的精確測量將繼續推進對快速射電暴環境及其起源的理解進程。該工作充分結合了FAST的靈敏度高優勢和這一國際熱點前沿的豐富觀測資源，包括美國Greenbank望遠鏡、加拿大CHIME望遠鏡、澳大利亞平方公里陣列先導陣（ASKAP）等，為構建完整的FRB起源模型奠定了重要的觀測基礎。科研人員發現了重復暴的線偏振度存在隨頻率降低而降低的統一趨勢（圖1），并可以通過單一參數“RM彌散（σRM）”量化描述，這排除了基于輻射區磁層高度變化的脈沖星偏振內稟頻率演化（intrinsic frequency evolution）等其他模型。研究人員已構建了基于多路徑傳播的磁化散射屏模型（Yang et al.2022已接收發表），可以進一步限制FRB源周圍的復雜環境，包括湍流尺度、密度漲落、磁場構型等重要物理性質。FAST的持續深度監測結合其他先進設備，有望在未來2~3年回答關于FRB起源的一系列關鍵問題，如重復暴與非重復暴是否有統一起源等問題。

圖1.重復快速射電暴偏振頻率演化關系。不同顏色的線代表不同的快速射電暴的偏振隨頻率演化關系曲線，每條線僅用一個參數“RM彌散（σRM）”擬合。σRM越大代表快速射電暴所處的環境越復雜，其所處的演化階段極為可能越早，和超新星遺跡等爆發類現象的特征更為吻合。

圖2.快速射電暴偏振統一特性示意圖。對于極端活躍的重復暴，GBT看到的高頻信號（藍色）一般具有100%線偏振。FAST看到的相對低頻信號（紅色）一般沒有偏振，反映了爆發源的復雜電離環境。