“中國天眼”追蹤快速射電暴至雙星系統(tǒng)

自2007年首次探測到"洛里默暴"(首個(gè)被確認(rèn)的快速射電暴)以來，天文學(xué)家一直對這種來自遙遠(yuǎn)星系的射電暴現(xiàn)象感到困惑。這些持續(xù)時(shí)間在毫秒至數(shù)秒之間的快速射電暴，釋放出的能量相當(dāng)于太陽數(shù)日產(chǎn)生的能量總和。大多數(shù)快速射電暴是單次事件，但天文學(xué)家也發(fā)現(xiàn)少數(shù)罕見的重復(fù)暴案例。多年來，科學(xué)家們對其成因提出諸多猜想，從中子星、黑洞到外星通訊，不一而足。

最新研究首次確鑿證明：至少部分快速射電暴源自雙星系統(tǒng)。由中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李曄研究員領(lǐng)銜的國際團(tuán)隊(duì)，利用被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡對特定快速射電暴FRB 20220529進(jìn)行了近兩年的持續(xù)監(jiān)測，最終將其溯源至距離地球22億至24億光年的盤狀星系中的雙星系統(tǒng)。相關(guān)論文于1月15日發(fā)表在《科學(xué)》雜志。

天文學(xué)家在研究快速射電暴時(shí)，會(huì)特別關(guān)注能揭示源頭環(huán)境特性的頻率和偏振變化。自2020年起，中國天眼通過專項(xiàng)快速射電暴重點(diǎn)科學(xué)計(jì)劃持續(xù)監(jiān)測重復(fù)暴源，該計(jì)劃由香港大學(xué)物理系講座教授、香港大學(xué)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)辦主任張冰教授（論文共同作者）等人共同主導(dǎo)。

研究團(tuán)隊(duì)在分析FRB 20220529數(shù)據(jù)時(shí)，觀測到罕見的"旋轉(zhuǎn)測量耀發(fā)"現(xiàn)象——由于傳播環(huán)境變化導(dǎo)致的射電信號偏振特性劇烈突變。李曄博士表示："2023年底，我們檢測到RM值在短時(shí)間內(nèi)驟增百倍以上，隨后兩周內(nèi)迅速回落至原有水平，這種現(xiàn)象我們稱之為'RM耀發(fā)'"。

通常情況下，快速射電暴呈現(xiàn)近乎完美的線偏振。但當(dāng)射電波穿過磁化等離子體時(shí)，其偏振角會(huì)隨頻率發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種效應(yīng)被稱為法拉第旋轉(zhuǎn)。本次觀測到的RM耀發(fā)持續(xù)時(shí)間短等特征，與一團(tuán)致密磁化等離子體穿過觀測視線的推測相符，由此研究團(tuán)隊(duì)判斷該現(xiàn)象很可能源自伴星的日冕物質(zhì)拋射。

張冰教授指出："在對FRB 220529A長達(dá)數(shù)月的監(jiān)測中，前期數(shù)據(jù)并無異常。但在持續(xù)觀測17個(gè)月后，我們捕捉到了激動(dòng)人心的信號。這一發(fā)現(xiàn)為至少部分重復(fù)快速射電暴的起源提供了關(guān)鍵線索，強(qiáng)有力地支持其來源于包含磁陀星（擁有超強(qiáng)磁場的中子星）與類太陽恒星的雙星系統(tǒng)。"

盡管受限于數(shù)十億光年的距離，天文學(xué)家無法直接觀測該雙星系統(tǒng)中的伴星，但通過中國天眼與澳大利亞帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡的持續(xù)監(jiān)測，其存在得以證實(shí)。論文共同作者、紫金山天文臺(tái)及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳雪峰教授表示："這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)得益于全球頂尖望遠(yuǎn)鏡的持續(xù)觀測與研究團(tuán)隊(duì)的不懈努力。"

該發(fā)現(xiàn)不僅挑戰(zhàn)了快速射電暴源于單星系統(tǒng)的傳統(tǒng)認(rèn)知，也佐證了張冰教授與吳雪峰教授近期提出的重復(fù)快速射電暴統(tǒng)一物理模型。該理論認(rèn)為所有重復(fù)暴都源自磁陀星與伴星的相互作用，這種機(jī)制能產(chǎn)生更高頻率的重復(fù)爆發(fā)。隨著中國天眼等頂尖射電天文臺(tái)持續(xù)監(jiān)測重復(fù)暴，天文學(xué)家將進(jìn)一步探明雙星系統(tǒng)作為快速射電暴源的普遍性。

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