FAST开启脉冲星与快速射电暴研究新纪元 | 前沿综述

Review

To understand the radiative processes of pulsars and fast radio bursts with the FAST

王维扬, 曹顺顺, 黄志鹏, 卢吉光, 门云鹏, 孟令祺, 牛佳瑞, 潘之辰, 王鹏飞, 周德江, 冯毅, 韩金林, 姜金辰, 刘彬, 罗睿, 王洪光, 王双强, 王涛, 王正理, 胥恒, 徐江伟, 徐仁新 , 徐永华, 颜一, 闫振, 周宇凯, Siyuan Chen, 戴印丰, 葛明玉, 姜泽军, 李柯伽, 连禹杰, 刘阔, 钱磊, 仝号, 王琳, 王宇杰, 徐子浩, 姚菊枚, 尹德江, 张力, 朱炜玮

Chin. Phys. Lett.43051103 (2026)

论文概要

HIGHLIGHT

1）发现射电脉冲星逾半世纪、快速射电暴（FRB）近廿年，但相关的射电相干辐射物理至今未明。为澄清此疑难之谜，除了理论及数值模拟的努力，更期待超高灵敏望远镜的观测研究；这为全球最大的单口径望远镜FAST（位于贵州的500米口径球面射电望远镜）的建设与运行提供机会。在建成十周年之际，本文评述了FAST在脉冲星和FRB研究领域取得的重要进展。

2）总结了FAST在观测脉冲星和FRB方面取得的系列成果，特别是高精度偏振观测为FRB磁层起源提供的关键观测证据。

研究背景

脉冲星自发现近60年来，其射电相干辐射机制一直是待揭之谜。FRB的发现进一步凸显了这一问题的普遍性和紧迫性。传统上，对脉冲星辐射机制的理解受限于观测灵敏度，难以探测到微弱辐射成分和精细偏振结构；而FRB的起源与辐射机制也存在磁层模型与激波模型的激烈争论。鉴于全球最大单口径射电望远镜FAST的建成与运行，我们非常幸运地迎来了通过极高灵敏度的观测来破解这些疑难问题的时代机遇。

内容简介

来自中国科学院和高等学校的42位科研人员系统地展示了FAST在脉冲星和FRB研究领域所取得的如下重要研究进展。

1）脉冲星发现与种群研究：FAST“银道面脉冲星快照巡天”（GPPS）项目已发现超过八百颗脉冲星（包括约二百颗毫秒脉冲星），其中不少为极暗弱、高色散量的源，展现了脉冲星光度函数的低端行为。此外，研究人员还将FAST天区内的球状星团脉冲星数量增加至原来的三倍。

2）辐射几何与偏振特征：基于FAST获得的高灵敏度数据，研究团队得到近七百颗脉冲星的偏振平均脉冲轮廓；发现PSR B0950+08和PSR B1929+10等正常脉冲星以及一些毫秒脉冲星在全相位360°均有辐射，意味着传统的“灯塔”模型有待修正。同时，毫秒脉冲星与正常脉冲星在偏振特性上无显著差异，表明两者辐射机制类似。

3）矮脉冲与辐射间歇性：在传统认为处于“熄灭”态的脉冲星中，FAST探测到大量极窄、极弱的矮脉冲。这些脉冲仅由少数几个基本辐射单元构成，表明“熄灭”脉冲星并非完全停止辐射，其磁层中还存在极弱且稀疏的粒子流。

4）磁星与FRB关联：FAST对磁星SGR J1935+2154的监测表明，在近三十次高能暴发期间均未发现射电暴，为FRB的物理起源设定了极为苛刻的条件。对重复暴FRB 20180301A和FRB 20201124A等的偏振观测展现偏振位置角变化的多样性（包括单调旋转和正交跳变）以及高达90%的圆偏振；这些特征强烈支持FRB的磁层内部起源。

5）广义相对论的精确检验：通过对最紧密双中子星PSR J1946+2052长达5年的FAST计时观测，联合Arecibo和GBT数据，精确测得了五项后开普勒参数。这些参数在质量-质量图中的交点高度一致，精确检验了广义相对论，其中轨道衰减的测量精度仅次于赫尔斯-泰勒脉冲星，与理论匹配度达到千分之一精度。

总结与展望

FAST以其前所未有的极高灵敏度，正在根本性地改变人们关于脉冲星相干辐射和FRB物理起源的认识。从发现全相位辐射脉冲星、揭示矮脉冲现象到为FRB磁层起源提供的关键偏振证据，FAST的观测成果架起了脉冲星与FRB之间的桥梁。未来，随着FAST二期工程（“1+64”阵列）的推进以及景东120米脉冲星望远镜（JRT）、奇台110米射电望远镜（QTT）等新设施的建成，人类有望最终在极致密物质的状态、相干辐射机制和强磁场等离子体物理等基本问题上取得重大突破。

本综述由FAST相关的科研团队共同完成，遍及中国科学院和高等学校等学术机构，所涉及观测数据覆盖GPPS、CRAFTS、GC FANS等FAST核心科学项目。本文结合了各团队在各自研究领域的优势，注重观测与理论的有机结合。

第一作者

王维扬，中国科学院大学特别研究助理，主要从事脉冲星和FRB等致密星相关辐射过程的研究。

通讯作者

韩金林：中国科学院国家天文台研究员，领导FAST核心科学研究项目之一“银道面脉冲星快照巡天（GPPS）”。

徐仁新：北京大学物理学院教授，关注极致密物质的天体物理及宇宙学后果。

撰稿: 原文作者

编辑: 《中国物理快报(英文)》编辑部

文章转载自“ChinesePhysicsLetters”公众号