国际首次！“中国天眼”发现揭示快速射电暴双星起源关键证据

中新网贵州平塘1月16日电(记者孙自法)被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(英文缩写FAST)最近收获一项重要突破——在国际上首次捕捉到重复快速射电暴的法拉第旋转量发生剧烈跃变并随后回落的详细演化过程。

“中国天眼”这一独特发现结果，为“快速射电暴起源于双星系统”的假说提供了直接且关键的观测证据，从而为天文学家破解快速射电暴起源之谜迈出了重要一步。

本项研究成果的艺术想象图。研究团队供图

本项研究成果由中国科学院紫金山天文台牵头联合中外多家科研机构组成的研究团队共同完成，相关成果论文北京时间1月16日凌晨在线发表于国际学术期刊《科学》。当天上午，研究团队还在位于贵州平塘的“中国天眼”观测基地举行专题新闻发布会，对最新发表成果进行解读。

首次详细记录宇宙磁环境剧变

快速射电暴是宇宙中最神秘的射电爆发现象之一，其持续时间仅为数毫秒，却能在瞬间释放相当于太阳一整周辐射总和的巨大能量。自2007年被首次发现以来，这类“宇宙射电脉冲闪”的起源机制一直是天体物理学领域的重要谜团。科学界普遍推测其与中子星等致密天体有关，而部分重复爆发的快速射电暴所呈现的爆发周期性特征，更暗示其起源天体可能处于双星系统中，但长期缺乏直接观测证据支撑这一猜想。

为破解这一谜题，研究团队利用“中国天眼”的超高灵敏度优势，对重复快速射电暴FRB20220529开展了长达两年多的持续监测。法拉第旋转量作为反映射电信号传播路径上磁化等离子体密度与磁场强度的关键参数，其如同一个精准的“宇宙磁环境探针”，能帮助科学家捕捉天体周围的环境变化。

中国科学院紫金山天文台吴雪峰研究员代表研究团队介绍最新发表的成果。中新网记者孙自法摄

在为期一年半的常规监测中，FRB20220529的法拉第旋转量始终在-300至+300弧度/平方米的范围内小幅波动，中位数仅为17弧度/平方米。但在2023年12月，研究团队观测到一个突破性现象：该暴源的法拉第旋转量突然急剧飙升至1977±84弧度/平方米，达到此前变化水平的约20倍，随后又在短短两周内单调(即单一方向)下降，逐步恢复至正常波动范围。

这种剧烈、快速且可逆的磁环境变化，在快速射电暴研究史上尚属首次被详细记录。

“双星起源”获强有力观测支撑

研究团队通过详细分析指出，此次法拉第旋转量剧变现象的核心物理机制，是一团来自快速射电暴起源天体附近的致密磁化等离子体云，在数周内恰好穿过了地球与暴源之间的观测视线。

这一过程与太阳系内太阳活动引发的“日冕物质抛射”，即恒星通过剧烈活动抛射出携带磁场的等离子体云，两者极为相似，当这些物质穿过观测视线时，便会引发法拉第旋转量的显著变化。

进一步的模型比对与物理分析表明，若FRB20220529起源于一颗孤立的中子星，现有理论无法解释如此大幅且快速的磁环境突变。

而如果其处于双星系统中，来自伴星的剧烈活动(如强星冕物质抛射)或双星轨道的特殊几何结构，能自然且合理地产生观测到的法拉第旋转量“跃变-回落”事件。

因此，这一发现为快速射电暴的“双星起源”模型提供了强有力的观测支撑。

快速射电暴FRB20220529的法拉第旋转量时间演化图。研究团队供图

研究团队表示，FRB20220529属于信号暗弱的暴源，其多数爆发难以被其他望远镜有效探测。此次突破的取得，既得益于“中国天眼”能捕捉到极微弱射电信号这一无与伦比的灵敏度，也离不开研究团队创新的数据处理方法，实现了从海量观测数据中精准提取出关键偏振信息。

在这次观测到的法拉第旋转量剧变事件发生前后，研究团队与中国科学院国家天文台FAST运行和发展中心高效协同，及时调整观测策略，确保整个演化过程的数据完整性，充分展现出中国大科学装置的技术优势与科研团队的协作能力。(完)