近日，由中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)牽頭，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)組成的研究團(tuán)隊(duì)，利用我國(guó)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（“中國(guó)天眼”，F(xiàn)AST）取得重要突破——在國(guó)際上首次捕捉到重復(fù)快速射電暴（FRB）的法拉第旋轉(zhuǎn)量（RM）發(fā)生劇烈跳變并隨后回落的詳細(xì)演化過(guò)程快速。這一獨(dú)特發(fā)現(xiàn)結(jié)果為“快速射電暴起源于雙星系統(tǒng)”的假說(shuō)提供了關(guān)鍵的觀測(cè)證據(jù)，相關(guān)研究成果已于北京時(shí)間2026年1月16日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）。
快速射電暴是宇宙中最神秘的射電爆發(fā)現(xiàn)象之一，其持續(xù)時(shí)間僅為數(shù)毫秒，卻能在瞬間釋放相當(dāng)于太陽(yáng)一整周輻射總和的巨大能量快速。自2007年被首次發(fā)現(xiàn)以來(lái)，這類“宇宙射電脈沖閃”的起源機(jī)制一直是天體物理學(xué)領(lǐng)域的重要謎團(tuán)?？茖W(xué)界普遍推測(cè)其與中子星等致密天體有關(guān)，而部分重復(fù)爆發(fā)的快速射電暴所呈現(xiàn)的爆發(fā)周期性特征，暗示其起源天體可能處于雙星系統(tǒng)中，但長(zhǎng)期缺乏直接觀測(cè)證據(jù)支撐這一猜想。
為破解這一謎題，研究團(tuán)隊(duì)利用中國(guó)天眼的超高靈敏度優(yōu)勢(shì)，對(duì)重復(fù)快速射電暴FRB 20220529開(kāi)展了長(zhǎng)達(dá)2.2年的持續(xù)監(jiān)測(cè)快速。法拉第旋轉(zhuǎn)量作為反映射電信號(hào)傳播路徑上磁化等離子體密度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)，如同一個(gè)精準(zhǔn)的“宇宙磁環(huán)境探針”，能幫助科學(xué)家捕捉天體周圍的環(huán)境變化。
在為期一年半的常規(guī)監(jiān)測(cè)中，F(xiàn)RB 20220529的法拉第旋轉(zhuǎn)量始終在-300至+300 弧度/平方米的范圍內(nèi)小幅波動(dòng)，中位數(shù)僅為17 弧度/平方米快速。但在2023年12月，研究團(tuán)隊(duì)觀測(cè)到一個(gè)突破性現(xiàn)象：該暴源的法拉第旋轉(zhuǎn)量突然急劇飆升至1977±84 弧度/平方米，達(dá)到此前變化水平的約20倍，隨后又在短短兩周內(nèi)單調(diào)下降，逐步恢復(fù)至正常波動(dòng)范圍。這種劇烈、快速且可逆的磁環(huán)境變化，在快速射電暴研究史上尚屬首次被記錄。
科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)詳細(xì)分析指出，這一現(xiàn)象的核心物理機(jī)制是：一團(tuán)來(lái)自快速射電暴起源天體附近的致密磁化等離子體云，在數(shù)周內(nèi)恰好穿過(guò)了地球與暴源之間的觀測(cè)視線快速。這一過(guò)程與太陽(yáng)系內(nèi)太陽(yáng)活動(dòng)引發(fā)的“日冕物質(zhì)拋射”極為相似——恒星通過(guò)劇烈活動(dòng)拋射出攜帶磁場(chǎng)的等離子體云，當(dāng)這些物質(zhì)穿過(guò)觀測(cè)視線時(shí)，便會(huì)引發(fā)法拉第旋轉(zhuǎn)量的顯著變化。
進(jìn)一步的模型比對(duì)與物理分析表明，若FRB 20220529起源于一顆孤立的中子星，現(xiàn)有理論無(wú)法解釋如此大幅且快速的磁環(huán)境突變；而如果其處于雙星系統(tǒng)中，來(lái)自伴星的劇烈活動(dòng)（如星冕物質(zhì)拋射）或雙星軌道的特殊幾何結(jié)構(gòu)，能自然且合理地產(chǎn)生觀測(cè)到的法拉第旋轉(zhuǎn)量“跳變-回落”事件快速。這一發(fā)現(xiàn)為快速射電暴的“雙星起源”模型提供了強(qiáng)有力的觀測(cè)支撐。
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“快速射電暴的起源機(jī)制一直是天體物理領(lǐng)域的重大謎題，其毫秒級(jí)持續(xù)時(shí)間內(nèi)釋放的巨大能量，暗示著極端的物理環(huán)境與輻射機(jī)制快速。而此次中國(guó)天眼捕捉到的法拉第旋轉(zhuǎn)量 20 倍飆升與快速回落，清晰揭示了致密磁化等離子體云穿過(guò)觀測(cè)視線的過(guò)程，這與雙星系統(tǒng)中伴星的劇烈活動(dòng)高度契合，為我們破解快速射電暴起源之謎邁出了重要一步?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、紫金山天文臺(tái)研究員史生才說(shuō)。
“這一成果令人振奮，它彰顯了中國(guó)天眼在開(kāi)展長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)觀測(cè)方面的強(qiáng)大實(shí)力快速。將中國(guó)天眼這類高性能設(shè)備，與加拿大氫強(qiáng)度測(cè)繪實(shí)驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡（CHIME）等巡天設(shè)備相結(jié)合，我們對(duì)這類奇特天體的認(rèn)知將持續(xù)實(shí)現(xiàn)跨越式提升?！蔽鞲ゼ醽喆髮W(xué)物理學(xué)與天文學(xué)系教授鄧肯?洛里默說(shuō)。
值得關(guān)注的是，F(xiàn)RB 20220529屬于信號(hào)暗弱的暴源，其多數(shù)爆發(fā)難以被其他望遠(yuǎn)鏡有效探測(cè)快速。此次突破的取得，既得益于中國(guó)天眼無(wú)與倫比的靈敏度——能捕捉到極微弱的射電信號(hào)。此外，也離不開(kāi)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新的數(shù)據(jù)處理方法，從海量觀測(cè)數(shù)據(jù)中精準(zhǔn)提取出關(guān)鍵偏振信息。在事件發(fā)生前后，科研團(tuán)隊(duì)與中國(guó)天眼運(yùn)行和發(fā)展中心高效協(xié)同，及時(shí)調(diào)整觀測(cè)策略，確保了整個(gè)演化過(guò)程的數(shù)據(jù)完整性，充分展現(xiàn)了我國(guó)大科學(xué)裝置的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與科研團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力。
本項(xiàng)研究由中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（其所屬的Parkes望遠(yuǎn)鏡提供重要觀測(cè)支撐）、云南大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、香港大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作完成快速。項(xiàng)目得到中國(guó)天眼快速射電暴優(yōu)先和重大項(xiàng)目、中國(guó)天眼運(yùn)行和發(fā)展中心的支持。
作為我國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造并運(yùn)行的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，中國(guó)天眼自投入使用以來(lái)，已在納赫茲引力波探測(cè)、脈沖星搜尋、快速射電暴研究、中性氫觀測(cè)等多個(gè)前沿領(lǐng)域持續(xù)產(chǎn)出突破性成果快速。這不僅大幅提升了我國(guó)在全球射電天文領(lǐng)域的學(xué)術(shù)話語(yǔ)權(quán)與國(guó)際影響力，更以實(shí)打?qū)嵉挠^測(cè)數(shù)據(jù)和科學(xué)發(fā)現(xiàn)，彰顯了我國(guó)自主重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的核心實(shí)力 —— 從關(guān)鍵技術(shù)自主可控到科學(xué)產(chǎn)出持續(xù)領(lǐng)跑，中國(guó)天眼用實(shí)踐證明了我國(guó)在高端科技裝備研發(fā)與基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的硬實(shí)力，為人類探索宇宙未知、拓展認(rèn)知邊界貢獻(xiàn)了獨(dú)具價(jià)值的中國(guó)智慧與中國(guó)方案。
為進(jìn)一步鞏固我國(guó)在中低頻射電天文領(lǐng)域的核心領(lǐng)先地位，積極應(yīng)對(duì)國(guó)際同行的激烈競(jìng)爭(zhēng)，中國(guó)天眼正穩(wěn)步推進(jìn)升級(jí)規(guī)劃快速。根據(jù)方案，項(xiàng)目將在中國(guó)天眼周邊建設(shè)數(shù)十臺(tái)中等口徑天線，構(gòu)建全球唯一、以中國(guó)天眼為核心的巨型綜合孔徑陣列。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)將徹底彌補(bǔ)單口徑望遠(yuǎn)鏡在空間分辨率上的天然局限，同時(shí)提升觀測(cè)靈敏度，實(shí)現(xiàn)綜合觀測(cè)性能的質(zhì)的飛躍。升級(jí)完成后，中國(guó)天眼將成為功能更加強(qiáng)大的 “宇宙超級(jí)探針”，為科學(xué)家深入理解快速射電暴起源，以及破解困擾學(xué)界已久哈勃常數(shù)危機(jī)和迷失重子物質(zhì)問(wèn)題等一系列天體物理核心謎題提供觀測(cè)支撐，推動(dòng)我國(guó)射電天文學(xué)研究向更高水平、更深層次邁進(jìn)，持續(xù)鞏固我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)我國(guó)射電天文學(xué)研究向更高水平、更深層次邁進(jìn)，為人類探索宇宙的宏偉事業(yè)注入更持久、更強(qiáng)勁的中國(guó)力量。
作者快速：吳月輝
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