中國天眼又有新發現!

快速射電暴和宿主星系藝術想象圖。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)承擔本研究觀測繪圖喻京川傅海

人民網北京9月22日電 (記者趙竹青)記者從中國科學院獲悉:中國天眼又有新發現!中國天眼FAST快速射電暴優先重大項目科學研究團隊利用中國科學院國家天文臺運行的FAST,開展了對FRB 20201124A的深度觀測,獲得了迄今爲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(即太陽地球的距離)的周邊環境磁場變化,對確定快速射電暴中心引擎機制邁出關鍵一步。該成果於北京時間2022年9月21日在國際學術期刊《自然》雜誌發表。

快速射電暴(fast radio burst,FRB)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能量,相當於全世界當前總髮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。

快速射電暴於2007年首次被報道發現,迄今已經發現了幾百個。早先探測到的FRB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,FRB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對位於銀河系外的FRB20201124A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個爆發脈衝信號,它的高事件率使其成爲最活躍的幾個重複暴之一。

基於這一迄今爲止最大的快速射電暴偏振觀測樣本,該研究團隊取得了若干重要發現,均屬於國際首次。該團隊“拍攝”到了FRB法拉第旋轉量(這可以幫助測量環境中的磁場強度動態演化的“電影”,首次發現了法拉第旋轉量的奇異演化行爲,即在前36天裡法拉第旋轉出現了無規律的短時標演化,而在隨後的18天裡幾乎不變;首次發現了FRB的猝滅現象,即FRB 20201124A從保持高事件率態到在72小時內突然熄滅;首次在FRB中探測到了與之前所有FRB都顯著不同的高圓偏振度脈衝,其最高值達到了75%;首次發現頻率依賴的偏振振盪現象。這些現象都說明了在這個FRB周圍1個天文單位的環境是非常複雜並且在動態演化着的。

通過偏振振盪現象,該團隊對這個FRB周圍1個天文單位的環境的磁場給出直接限制,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)對這個FRB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、富金屬棒旋星系,並且發現這個FRB所在區域恆星密度較低,處於旋臂之間,距離星系中心中等距離,表明該FRB並非起源於大質量恆星極端爆炸導致的超亮超新星伽馬射線暴後形成的年輕磁星。

據悉,目前中國天眼FAST快速射電暴優先和重大項目科研團隊近百人在緊密合作,期待找到決定快速射電暴核心物理過程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。