中新網(wǎng)北京6月9日電 (記者 孫自法)一個是宇宙中最神秘、最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象——快速射電暴(FRB)，一個是世界最大單口徑望遠(yuǎn)鏡、被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)，這兩者強(qiáng)強(qiáng)互動、科學(xué)“碰撞”，會產(chǎn)生什么樣的天文“火花”一直備受矚目。
來自中國科學(xué)院國家天文臺的最新消息說，“中國天眼”首席科學(xué)家李菂研究員領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊，通過“中國天眼”的“多科學(xué)目標(biāo)同時巡天”(CRAFTS)優(yōu)先重大項目，觀測發(fā)現(xiàn)了首例、也是迄今唯一一例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴，命名編號為“FRB 20190520B”。
FAST與FAST首次探測到的FRB 20190520B四次爆發(fā)?！姨煳呐_ 供圖研究團(tuán)隊之后通過組織多臺國際設(shè)備天地協(xié)同觀測，綜合射電干涉陣列、光學(xué)、紅外望遠(yuǎn)鏡以及空間高能天文臺的數(shù)據(jù)，將FRB 20190520B定位于一個距離地球30億光年的貧金屬的矮星系，確認(rèn)其近源區(qū)域擁有目前已知的最大電子密度，并發(fā)現(xiàn)迄今第二個快速射電暴持續(xù)射電源對應(yīng)體(PRS)。
這一璀璨天文“火花”的重要發(fā)現(xiàn)，揭示出活躍重復(fù)暴周邊的復(fù)雜環(huán)境有類似超亮超新星爆炸的特征，挑戰(zhàn)了對快速射電暴色散分析的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，為構(gòu)建快速射電暴的演化模型、理解這一劇烈的宇宙神秘現(xiàn)象奠定堅實基礎(chǔ)。該研究成果論文，北京時間6月8日夜間在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。
“中國天眼”(FAST)(下)和美國甚大天文陣列望遠(yuǎn)鏡(VLA)(上)合成圖?！姨煳呐_ 供圖首例持續(xù)活躍快速射電暴如何被發(fā)現(xiàn)
論文第一作者、中科院國家天文臺青年學(xué)者牛晨輝博士介紹說，快速射電暴可在1毫秒的時間內(nèi)釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量，2007年才首次確定它的存在，2016年探測到第一例重復(fù)爆發(fā)的快速射電暴，打破了人們對其傳統(tǒng)認(rèn)知。目前，該領(lǐng)域已成為天文學(xué)最新研究熱點(diǎn)之一，全球已公布近500例快速射電暴，僅不到10例有活躍爆發(fā)(即在其窗口期內(nèi)頻繁爆發(fā))，但此前并未發(fā)現(xiàn)存在持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴。
他在系統(tǒng)處理“中國天眼”探測數(shù)據(jù)的過程中，發(fā)現(xiàn)2019年5月20日的數(shù)據(jù)存在重復(fù)的高色散脈沖，并依慣例命名為FRB 20190520B，這例快速射電暴在最初被探測到時，就表現(xiàn)出活躍的跡象。基于這一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊通過與美國甚大陣列望遠(yuǎn)鏡合作，在2020年7月完成亞角秒量級的精確定位，并探測到一顆與之對應(yīng)的致密的持續(xù)射電源。
論文作者代表、中科院國家天文臺朱煒瑋研究員、李菂研究員、牛晨輝博士、蔡肇偉研究員(從左至右)合影?！≈行律缬浾? 孫自法 攝隨后，研究團(tuán)隊通過美國帕洛瑪200英寸望遠(yuǎn)鏡和凱克望遠(yuǎn)鏡、加拿大-法國-夏威夷望遠(yuǎn)鏡和日本斯巴魯近紅外光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，確定了FRB 20190520B的宿主星系和紅移，推導(dǎo)出其宿主星系貢獻(xiàn)了總色散值的80%，為目前已知所有快速射電暴源中最高。
進(jìn)一步結(jié)合散射特征，研究團(tuán)隊提出宿主星系的色散主要來自鄰近快速射電暴爆發(fā)源的區(qū)域，該區(qū)域高電子密度導(dǎo)致的高色散值也使得FRB 20190520B遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離經(jīng)典的色散與紅移關(guān)系。
論文通訊作者、中科院國家天文臺李菂研究員(左)和論文第一作者、中科院國家天文臺牛晨輝博士合影?！≈行律缬浾? 孫自法 攝與之前美國發(fā)現(xiàn)相似快速射電暴有何異同
牛晨輝指出，此次“中國天眼”發(fā)現(xiàn)的FRB 20190520B與美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡之前發(fā)現(xiàn)的FRB 20121102A非常相似。FRB 20121102A是人類發(fā)現(xiàn)的第一個快速射電暴重復(fù)暴和第一個被定位的快速射電暴，也是此前唯一被確認(rèn)有致密射電源對應(yīng)體的快速射電暴。
兩者都極為活躍，都擁有復(fù)雜的電磁環(huán)境，而FRB 20190520B各方面的特征都更為極端：例如FRB 20121102A存在爆發(fā)活躍期，但FRB 20190520B從未停止爆發(fā)，截至目前，“中國天眼”已經(jīng)探測到后者幾百次爆發(fā)。
牛晨輝總結(jié)稱，作為首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴，F(xiàn)RB 20190520B是目前唯一沒有觀察到停止爆發(fā)的快速射電暴。FRB 20190520B近源位置的電子密度為迄今最高，擁有非常復(fù)雜的電磁環(huán)境，并是迄今第二例發(fā)現(xiàn)伴隨有射電持續(xù)源的快速射電暴。
他認(rèn)為，F(xiàn)RB 20190520B與FRB 20121102A具有很大相似度，有可能代表了快速射電暴的演化早期階段，有望幫助揭開快速射電暴起源的神秘面紗。
論文第一作者、中科院國家天文臺牛晨輝博士介紹“中國天眼”發(fā)現(xiàn)首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴成果?！≈行律缬浾? 孫自法 攝“中國天眼”這項重要發(fā)現(xiàn)有哪些意義？
基于“中國天眼”探測數(shù)據(jù)的這項重要發(fā)現(xiàn)研究初步結(jié)果公布后，引起國際天文界的廣泛關(guān)注，以其為基礎(chǔ)已經(jīng)催生包括散射時標(biāo)模型、超新星爆炸解釋等數(shù)篇創(chuàng)新模型文章。
李菂研究員表示，綜合“中國天眼”近期觀測數(shù)據(jù)，F(xiàn)RB 20121102A和FRB 20190520B很可能處在快速射電暴初生階段。“中國天眼”的持續(xù)觀測，特別是執(zhí)行“快速射電暴巡天”優(yōu)先重大項目，有望建立全新的快速射電暴演化圖景。
他透露，“中國天眼”的“多科學(xué)目標(biāo)同時巡天”優(yōu)先重大項目迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少6例新快速射電暴，正在為揭示宇宙中這一神秘現(xiàn)象的機(jī)制、推進(jìn)天文學(xué)這一全新領(lǐng)域的研究做出獨(dú)特貢獻(xiàn)。
論文通訊作者、中科院國家天文臺李菂研究員介紹“中國天眼”發(fā)現(xiàn)首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴成果。 中新社記者 孫自法 攝針對快速射電暴是否為外星人聯(lián)系地球信號等廣泛猜測和“中國天眼”明確列入“參與地外文明搜尋”科學(xué)目標(biāo)的關(guān)聯(lián)議題，李菂認(rèn)為，雖然超出人類目前認(rèn)知邊界的各種超自然現(xiàn)象，未被納入學(xué)界的主流框架，但為人們提供了足夠的想象空間。
快速射電暴發(fā)現(xiàn)人、美國西弗吉尼亞大學(xué)教授鄧肯·洛里默評價稱，基于新的快速射電暴FRB 20190520B特征及其持續(xù)射電源的存在，他認(rèn)為快速射電暴有可能來自多種天體，可能有不同的分類。隨著快速射電暴樣本的持續(xù)增長，預(yù)計未來幾年內(nèi)，就能夠詳細(xì)解釋快速射電暴耐人尋味的天體類別。
快速射電暴理論專家、美國圣路易斯華盛頓大學(xué)教授喬納森·卡茨說，F(xiàn)RB 20190520B這個發(fā)現(xiàn)幫助了解快速射電暴周邊環(huán)境，進(jìn)而揭示其輻射機(jī)制。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文系教授戴子高指出，F(xiàn)RB 20190520B研究表明其周圍環(huán)境似乎特別致密并且被高度磁化，進(jìn)而意味著該暴的起源天體(現(xiàn)在廣泛認(rèn)為是中子星)比較年輕，并且可能處于雙星系統(tǒng)或者超新星遺跡之中，這對于理解快速射電暴的周圍環(huán)境和物理起源具有重要科學(xué)意義。
中科院國家天文臺臺長常進(jìn)院士表示，F(xiàn)RB 20190520B的發(fā)現(xiàn)雖具有一定偶然性，但更是中國持續(xù)增加大科學(xué)裝置投入取得突破的必然，得益于幾代天文人的貢獻(xiàn)付出。他希望不久的將來，在暗物質(zhì)、中性氫、引力波探測等世界科技前沿領(lǐng)域，中國科學(xué)家能取得更多原創(chuàng)性重大發(fā)現(xiàn)成果，實現(xiàn)更大科研突破。(完)