快速射電暴和宿主星系藝術(shù)想象圖。中國天眼(左)和美國凱克望遠(yuǎn)鏡(右)承擔(dān)本次研究觀測。 喻京川、傅海 繪圖
中新網(wǎng)北京9月21日電 (記者 孫自法)作為宇宙中偶發(fā)的射電爆發(fā)事件,快速射電暴(fast radio burst,F(xiàn)RB)自2007年首次被發(fā)現(xiàn)至今已經(jīng)觀測到數(shù)百個(gè),但其起源、能源機(jī)制仍然成謎,吸引全球天文學(xué)家持續(xù)觀測研究,更因其可能為外星人向地球發(fā)送信號的猜測廣為流傳而備受大眾關(guān)注。
FRB 20201124A 中探測到的線/圓偏振度和偏振位置角的振蕩現(xiàn)象。 中科院國家天文臺 供圖
獲得迄今最大快速射電暴偏振觀測樣本
利用中國科學(xué)院國家天文臺運(yùn)行的被譽(yù)為中國天眼的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST),F(xiàn)AST快速射電暴優(yōu)先和重大項(xiàng)目科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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(gè)天文單位(即太陽到地球的距離)的周邊環(huán)境的磁場變化,取得多個(gè)國際首次的重要發(fā)現(xiàn),從而為確定快速射電暴中心引擎機(jī)制邁出關(guān)鍵一步。
這次研究中,F(xiàn)AST快速射電暴優(yōu)先和重大項(xiàng)目科研團(tuán)隊(duì)利用中國天眼對位于銀河系外的FRB 20201124A進(jìn)行長期監(jiān)測,在54天內(nèi)共計(jì)82小時(shí)觀測中測到來自該快速射電暴的1863個(gè)爆發(fā)脈沖信號,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(gè)重復(fù)暴之一。
由中國科學(xué)家通過中國天眼合作完成的這項(xiàng)重要天文研究成果論文,北京時(shí)間9月21日夜間在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上線發(fā)表。
法拉第旋轉(zhuǎn)量的短時(shí)標(biāo)演化。陰影區(qū)有FAST觀測,但是沒有探測到FRB爆發(fā),說明FRB是突然熄滅的。 中科院國家天文臺 供圖
取得若干重要發(fā)現(xiàn)均屬國際首次
FAST快速射電暴優(yōu)先和重大項(xiàng)目科研團(tuán)隊(duì)介紹說,基于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(tuán)隊(duì)取得若干重要發(fā)現(xiàn),均屬于國際首次。
一是“拍攝”到快速射電暴法拉第旋轉(zhuǎn)量(可幫助測量環(huán)境中的磁場強(qiáng)度)動態(tài)演化的“電影”,首次發(fā)現(xiàn)法拉第旋轉(zhuǎn)量的奇異演化行為,即在前36天里法拉第旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)無規(guī)律的短時(shí)標(biāo)演化,而在隨后的18天里幾乎不變;二是首次發(fā)現(xiàn)快速射電暴的猝滅現(xiàn)象,即FRB 20201124A從保持高事件率態(tài)到在74小時(shí)內(nèi)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沖,其最高值達(dá)到75%;四是首次發(fā)現(xiàn)頻率依賴的偏振振蕩現(xiàn)象。
科研團(tuán)隊(duì)表示,這些現(xiàn)象都說明,在FRB 20201124A這個(gè)快速射電暴周圍1個(gè)天文單位的環(huán)境是非常復(fù)雜并且在動態(tài)演化著。通過偏振振蕩現(xiàn)象,他們對該快速射電暴周圍1個(gè)天文單位的環(huán)境的磁場給出直接限制,達(dá)到高斯量級以上。
科研團(tuán)隊(duì)通過Keck望遠(yuǎn)鏡對FRB20201124A的宿主星系進(jìn)行的光譜和高分辨率成像觀測。 中科院國家天文臺 供圖
期待早日揭示快速射電暴物理起源
FAST快速射電暴優(yōu)先和重大項(xiàng)目科研團(tuán)隊(duì)還通過國際合作,使用美國10米凱克光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(Keck)對FRB 20201124A的宿主星系進(jìn)行深度觀測,發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)它所在區(qū)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(zhì)量恒星極端爆炸導(dǎo)致的超亮超新星或伽馬射線暴后形成的年輕磁星。
目前,該團(tuán)隊(duì)近百位科研人員正緊密合作,期待找到?jīng)Q定快速射電暴核心物理過程和能源機(jī)制的直接觀測證據(jù),引導(dǎo)國際多波段聯(lián)合觀測,早日揭示快速射電暴的物理起源。
據(jù)了解,快速射電暴在幾毫秒時(shí)間內(nèi)所釋放的射電波段的能量,相當(dāng)于全世界當(dāng)前總發(fā)電量累計(jì)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(qiáng)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(xué)起源的快速射電暴,尤其是那些能夠重復(fù)爆發(fā)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(qū)物理參數(shù)的直接觀測資料。
另據(jù)國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》同步發(fā)表的相關(guān)論文,南京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)物理模型來解釋觀察到的FRB 20201124A特征稱,該快速射電暴重復(fù)信號來自一個(gè)雙星系統(tǒng),有一顆磁星和一個(gè)有星盤的Be星(比太陽更熱、更大、旋轉(zhuǎn)更快的恒星)。他們認(rèn)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)