探寻FRB起源：脉冲极亮X射线源是否当选？

2007年，科学界首次发现快速射电暴（Fast Radio Bursts, FRBs），这是一类神秘的宇宙无线电信号。它们持续时间极短，却能释放出惊人的能量，相当于太阳一天甚至一年的总释放量。这种极端的能量释放令天文学家们痴迷不已，不断推测其起源：它们是否来自超新星爆发？是否源于黑洞合并？又或者它们是否与“外星文明”有关？

随着研究的不断深入，脉冲极亮X射线源（Pulsing Ultra-Luminous X-ray sources，PULX）成为了科学家持续关注的潜在起源之一。它们隐藏在宇宙深处，是一类极其神秘的天体。令人惊叹的是，它们能够释放出超过理论极限的X射线能量。

那么，PULX会不会就是神秘的快速射电暴（FRB）的“源头”？带着这个大胆的疑问，我们团队（中国科学院新疆天文台脉冲星团组）联合国内外科研团队展开了一场“沉默猎手”的搜寻之旅。近期，相关研究成果发表在《天体物理学杂志》上。

FAST出动：静默中搜寻“暴风”

PLUX是什么？为什么我们猜测它可能是FRB的起源呢？实际上，它是一种具有超强X射线辐射能力的致密双星系统，由中子星和它的伴星组成。

中子星是大质量恒星超新星爆发后的残骸，其质量通常为1.4-2.0个太阳质量，但半径只有约10公里，是宇宙中最致密的天体之一。它主要由中子构成，内部密度可达10的17次方千克每立方米，相当于把整个珠穆朗玛峰压缩到方糖大小。由于极端的引力和磁场环境，中子星常常伴随高速自转和强烈的辐射输出。其超强的X射线亮度，提示可能存在“超Eddington吸积”的奇特现象，即超过Eddington吸积极限（辐射压力与引力达到平衡时的最大稳定吸积速率）。

所以，我们从PLUX的极端磁场与等离子体环境、物质的堆积与突然释放、高能环境触发机制以及与FRB的观测一致性等几方面猜测PLUX可能是FRB尤其是重复FRB的源头。

PULX产生FRB的示意图

（图片来源：参考文献[1]）

为了验证PULX是否真是FRB的制造者，我们团队展开了一场宇宙“侦探”行动，对8个典型的PULX系统进行了系统而深入的射电观测。

FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope），即“500米口径球面射电望远镜”，是中国建造的世界最大、最灵敏的单口径射电望远镜，被誉为“中国天眼”。它可以像捕捉宇宙风声一样，监听来自数十亿光年外的微弱电波，是研究脉冲星和快速射电暴的最佳工具之一。

我们利用FAST，并结合澳大利亚Parkes望远镜，覆盖了不同的轨道相位，希望捕捉到哪怕一次“短暂心跳”。使用“单脉冲搜索+周期搜索”的联合策略，我们在0–5000秒差距·每立方厘米的色散量范围内进行了全面搜索，结果却令人意外：这些PULX系统竟然没有发出任何明显的射电脉冲信号！

沉默中的启示：科学探索的另一种答案

尽管未能直接探测到信号，但这项研究却具有极高的科学价值。我们认为，这可能意味着即便PULX能产生FRB，但其频次极低，或者其激烈的吸积风（是指由高速吸积过程驱动的强烈物质外流，通常以高温等离子体形式从吸积盘向外喷射，速度可达上千公里每秒）、磁场环境使信号根本无法逃逸。

我们还给出了每个目标的射电流量密度上限，这一数值直接反映了仪器和观测的探测阈值，即在本次观测灵敏度下仍未探测到信号时，所能排除的最大可能信号强度。这对现有的PULX–FRB模型提出了严格的观测约束：结合观测灵敏度、时间覆盖率和理论预测，我们能够排除一部分参数范围（例如过高的爆发频率、过大的射电辐射功率），从而限制理论模型的可行空间。这项研究不仅为“FRB起源”划定了边界，也为“双星起源理论”提供了重要观测证据。

流量密度与脉冲宽度的参数空间

（图片来源：参考文献[2]）

PULX和FRB的探索，不只是宇宙“谜题解锁”的一部分。在这些致密天体身上，我们能看到极端引力、强磁场和高能等离子体的复杂物理过程。它们是天文学、等离子体物理、广义相对论和引力波物理交汇的“天然实验室”。而FAST的强大探测能力，也正逐步揭示宇宙中越来越多“不为人知的低语”。

仰望星空，科学永不停歇

为揭开FRB神秘的面纱，我们团队正不懈努力，追寻来自遥远宇宙的微弱低语。这些毫秒级的强烈射电爆发，携带着宇宙中极端天体与时空环境的珍贵信息，尽管转瞬即逝，却能为我们照亮探寻宇宙未知的路。

未来，我们计划依托中国天眼FAST的超高灵敏度，并期待能够结合正在建设中的奇台射电望远镜（QiTai radio Telescope, QTT）——口径达110米、具备优异机动性和超强性能的射电望远镜，进一步增强对FRB的实时捕获与精细成像能力。它们将如同宇宙间的“耳朵”和“眼睛”，协同监听和定位来自数十亿光年之外的神秘脉冲信号。

这一探索不仅将推动我们理解FRB的起源机制，如磁星风暴、黑洞吸积、等离子体透镜等极端物理过程，也可能为暗能量分布、宇宙结构演化甚至新物理定律提供线索。每一个被捕捉的FRB信号，都是宇宙深处发来的“加密电报”，而每一次破译突破，都是人类对宇宙认知边界的推进。

参考文献

[1]Sridhar, Navin, et al. “Periodic fast radio bursts from luminous X-ray binaries.” The Astrophysical Journal 917.1 (2021): 13.

[2]Bai, Juntao, et al.“Search for Fast Radio Bursts and radio pulsars from pulsing Ultraluminous X-ray Sources.”The Astrophysical Journal 984.1 (2025): 33.

出品：科普中国

作者：白俊涛玛丽佳（中国科学院新疆天文台）

监制：中国科普博览