国际首次捕捉快速射电暴磁环境“跃变—回落”全过程 “中国天眼”锁定双星起源关键证据

快速射电暴是宇宙中最神秘的天文现象之一。这类瞬间爆发的宇宙射电信号仅持续数毫秒,却能在刹那间释放相当于太阳一周辐射总和的巨大能量。自2007年被首次发现以来,其起源机制一直是天体物理学家的研究难题。虽然科学界普遍认为快速射电暴与中子星等致密天体有关,但对其具体起源地点和物理机制的了解仍然有限。特别是对于呈现周期性爆发的重复快速射电暴,许多研究者推测其可能源于双星系统,但一直缺乏有力的观测证据。 为了破解这个谜题,中国科学院紫金山天文台牵头联合多家科研机构组成研究团队,利用"中国天眼"的超高灵敏度优势,对重复快速射电暴FRB 20220529进行了两年多的持续监测。法拉第旋转量是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,能够精准探测天体周围的磁环境变化,堪称"宇宙磁环境探针"。 在一年半的常规监测中,FRB 20220529的法拉第旋转量始终在-300至+300弧度/平方米范围内小幅波动,中位数仅为17弧度/平方米,保持相对稳定。然而2023年12月的观测打破了这种平静。研究团队捕捉到一个突破性现象:该暴源的法拉第旋转量突然飙升至1977±84弧度/平方米,达到此前变化水平的约20倍。更关键的是,这个异常高值并未持续,而是在两周内单调下降,逐步恢复至正常范围。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。 研究团队对这一现象进行了深入分析。法拉第旋转量的剧变源于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,在数周内穿过了地球与暴源之间的观测视线。这一过程与太阳活动中的"日冕物质抛射"现象极为相似——恒星通过剧烈活动抛射出携带磁场的等离子体云,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。 继续的模型分析表明,这一发现对理解快速射电暴的起源意义重大。若FRB 20220529起源于孤立的中子星,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或双星轨道的特殊几何结构,能自然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"模型提供了有力的观测支撑。 这次突破既得益于"中国天眼"捕捉极微弱射电信号的无与伦比的灵敏度,也离不开研究团队创新的数据处理方法。研究人员从海量观测数据中精准提取关键偏振信息,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,确保了监测过程的连贯性和数据的完整性。

"中国天眼"的这个发现不仅推动了人类对宇宙极端物理现象的认识,也表明了我国在大科学装置建设和基础研究领域的实力。随着FAST持续产出世界级科研成果,中国正成为全球天文研究的重要力量。未来,科学家们将继续利用这一国之重器,探索更多宇宙未解之谜,为人类认识宇宙贡献中国智慧。