獲多個國際首次發現 中國天眼有望確定快速射電暴中心引擎機制

2022年09月21日23:15

  中新網北京9月21日電 (記者 孫自法)作為宇宙中偶發的射電爆發事件,快速射電暴(fast radio burst,FRB)自2007年首次被發現至今已經觀測到數百個,但其起源、能源機制仍然成謎,吸引全球天文學家持續觀測研究,更因其可能為外星人向地球發送信號的猜測廣為流傳而備受大眾關注。

  獲得迄今最大快速射電暴偏振觀測樣本

  利用中國科學院國家天文台運行的被譽為中國天眼的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST),FAST快速射電暴優先和重大項目科學研究團隊通過對編號為FRB 20201124A的快速射電暴開展深度觀測,獲得迄今最大的快速射電暴偏振觀測樣本,首次探測到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,取得多個國際首次的重要發現,從而為確定快速射電暴中心引擎機制邁出關鍵一步。

  這次研究中,FAST快速射電暴優先和重大項目科研團隊利用中國天眼對位於銀河系外的FRB 20201124A進行長期監測,在54天內共計82小時觀測中測到來自該快速射電暴的1863個爆發脈衝信號,成為迄今最大的快速射電暴偏振觀測樣本,它的高事件率也使其成為最活躍的幾個重複暴之一。

  由中國科學家通過中國天眼合作完成的這項重要天文研究成果論文,北京時間9月21日夜間在國際著名學術期刊《自然》上線發表。

  取得若干重要發現均屬國際首次

  FAST快速射電暴優先和重大項目科研團隊介紹說,基於中國天眼觀測到的迄今最大快速射電暴偏振觀測樣本,該團隊取得若干重要發現,均屬於國際首次。

  一是“拍攝”到快速射電暴法拉第旋轉量(可幫助測量環境中的磁場強度)動態演化的“電影”,首次發現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無規律的短時標演化,而在隨後的18天里幾乎不變;二是首次發現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;三是在FRB 20201124A中首次探測到與之前所有快速射電暴都顯著不同的高圓偏振度脈衝,其最高值達到75%;四是首次發現頻率依賴的偏振振盪現象。

  科研團隊表示,這些現象都說明,在FRB 20201124A這個快速射電暴周圍1個天文單位的環境是非常複雜並且在動態演化著。通過偏振振盪現象,他們對該快速射電暴周圍1個天文單位的環境的磁場給出直接限制,達到高斯量級以上。

  期待早日揭示快速射電暴物理起源

  FAST快速射電暴優先和重大項目科研團隊還通過國際合作,使用美國10米凱克光學望遠鏡(Keck)對FRB 20201124A的宿主星系進行深度觀測,發現其宿主星系是約銀河系尺度大小、富金屬的棒旋星系,並且發現它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,表明該快速射電暴並非起源於大質量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。

  目前,該團隊近百位科研人員正緊密合作,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,早日揭示快速射電暴的物理起源。

  據瞭解,快速射電暴在幾毫秒時間內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。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於磁星,但是那些宇宙學起源的快速射電暴,尤其是那些能夠重複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。

  另據國際學術期刊《自然-通訊》同步發表的相關論文,南京大學研究團隊提出一個物理模型來解釋觀察到的FRB 20201124A特徵稱,該快速射電暴重複信號來自一個雙星系統,有一顆磁星和一個有星盤的Be星(比太陽更熱、更大、旋轉更快的恒星)。他們認為,未來研究或可探測Be-X射線雙星,以尋找快速射電暴的信號。(完)

 

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