中國天眼揭示快速射電暴雙星起源關鍵證據

近日，由中國科學院紫金山天文臺牽頭，聯合國內外多家研究機構組成的研究團隊，利用我國500米口徑球面射電望遠鏡(“中國天眼”，FAST)取得重要突破——在國際上首次捕捉到重復快速射電暴(FRB)的法拉第旋轉量(RM)發生劇烈跳變并隨后回落的詳細演化過程。這一獨特發現結果為“快速射電暴起源于雙星系統”的假說提供了關鍵的觀測證據，相關研究成果已于北京時間2026年1月16日在線發表在國際學術期刊《科學》(Science)。

快速射電暴是宇宙中最神秘的射電爆發現象之一，其持續時間僅為數毫秒，卻能在瞬間釋放相當于太陽一整周輻射總和的巨大能量。自2007年被首次發現以來，這類“宇宙射電脈沖閃”的起源機制一直是天體物理學領域的重要謎團。科學界普遍推測其與中子星等致密天體有關，而部分重復爆發的快速射電暴所呈現的爆發周期性特征，暗示其起源天體可能處于雙星系統中，但長期缺乏直接觀測證據支撐這一猜想。

為破解這一謎題，研究團隊利用中國天眼的超高靈敏度優勢，對重復快速射電暴FRB 20220529開展了長達2.2年的持續監測。法拉第旋轉量作為反映射電信號傳播路徑上磁化等離子體密度與磁場強度的關鍵參數，如同一個精準的“宇宙磁環境探針”，能幫助科學家捕捉天體周圍的環境變化。

在為期一年半的常規監測中，FRB 20220529的法拉第旋轉量始終在-300至+300 弧度/平方米的范圍內小幅波動，中位數僅為17 弧度/平方米。但在2023年12月，研究團隊觀測到一個突破性現象：該暴源的法拉第旋轉量突然急劇飆升至1977±84 弧度/平方米，達到此前變化水平的約20倍，隨后又在短短兩周內單調下降，逐步恢復至正常波動范圍。這種劇烈、快速且可逆的磁環境變化，在快速射電暴研究史上尚屬首次被記錄。

科研團隊通過詳細分析指出，這一現象的核心物理機制是：一團來自快速射電暴起源天體附近的致密磁化等離子體云，在數周內恰好穿過了地球與暴源之間的觀測視線。這一過程與太陽系內太陽活動引發的“日冕物質拋射”極為相似——恒星通過劇烈活動拋射出攜帶磁場的等離子體云，當這些物質穿過觀測視線時，便會引發法拉第旋轉量的顯著變化。

進一步的模型比對與物理分析表明，若FRB 20220529起源于一顆孤立的中子星，現有理論無法解釋如此大幅且快速的磁環境突變；而如果其處于雙星系統中，來自伴星的劇烈活動(如星冕物質拋射)或雙星軌道的特殊幾何結構，能自然且合理地產生觀測到的法拉第旋轉量“跳變-回落”事件。這一發現為快速射電暴的“雙星起源”模型提供了強有力的觀測支撐。

“快速射電暴的起源機制一直是天體物理領域的重大謎題，其毫秒級持續時間內釋放的巨大能量，暗示著極端的物理環境與輻射機制。而此次中國天眼捕捉到的法拉第旋轉量 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觀測視線的過程，這與雙星系統中伴星的劇烈活動高度契合，為我們破解快速射電暴起源之謎邁出了重要一步。”中國科學院院士、紫金山天文臺研究員史生才說。

“這一成果令人振奮，它彰顯了中國天眼在開展長期監測觀測方面的強大實力。將中國天眼這類高性能設備，與加拿大氫強度測繪實驗望遠鏡(CHIME)等巡天設備相結合，我們對這類奇特天體的認知將持續實現跨越式提升。”西弗吉尼亞大學物理學與天文學系教授鄧肯?洛里默說。

值得關注的是，FRB 20220529屬于信號暗弱的暴源，其多數爆發難以被其他望遠鏡有效探測。此次突破的取得，既得益于中國天眼無與倫比的靈敏度——能捕捉到極微弱的射電信號。此外，也離不開研究團隊創新的數據處理方法，從海量觀測數據中精準提取出關鍵偏振信息。在事件發生前后，科研團隊與中國天眼運行和發展中心高效協同，及時調整觀測策略，確保了整個演化過程的數據完整性，充分展現了我國大科學裝置的技術優勢與科研團隊的協作能力。

本項研究由中國科學院紫金山天文臺、中國科學技術大學、澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(其所屬的Parkes望遠鏡提供重要觀測支撐)、云南大學、中國科學院國家天文臺、香港大學等機構合作完成。項目得到中國天眼快速射電暴優先和重大項目、中國天眼運行和發展中心的支持。

作為我國自主設計、建造并運行的世界最大單口徑射電望遠鏡，中國天眼自投入使用以來，已在納赫茲引力波探測、脈沖星搜尋、快速射電暴研究、中性氫觀測等多個前沿領域持續產出突破性成果。這不僅大幅提升了我國在全球射電天文領域的學術話語權與國際影響力，更以實打實的觀測數據和科學發現，彰顯了我國自主重大科技基礎設施的核心實力 —— 從關鍵技術自主可控到科學產出持續領跑，中國天眼用實踐證明了我國在高端科技裝備研發與基礎研究領域的硬實力，為人類探索宇宙未知、拓展認知邊界貢獻了獨具價值的中國智慧與中國方案。

為進一步鞏固我國在中低頻射電天文領域的核心領先地位，積極應對國際同行的激烈競爭，中國天眼正穩步推進升級規劃。根據方案，項目將在中國天眼周邊建設數十臺中等口徑天線，構建全球唯一、以中國天眼為核心的巨型綜合孔徑陣列。這一創新設計將徹底彌補單口徑望遠鏡在空間分辨率上的天然局限，同時提升觀測靈敏度，實現綜合觀測性能的質的飛躍。升級完成后，中國天眼將成為功能更加強大的 “宇宙超級探針”，為科學家深入理解快速射電暴起源，以及破解困擾學界已久哈勃常數危機和迷失重子物質問題等一系列天體物理核心謎題提供觀測支撐，推動我國射電天文學研究向更高水平、更深層次邁進，持續鞏固我國在該領域的國際領先優勢，推動我國射電天文學研究向更高水平、更深層次邁進，為人類探索宇宙的宏偉事業注入更持久、更強勁的中國力量。