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获最大偏振观测样本,揭示快速射电暴密近环境动态演化

“中国天眼”再登《自然》多个“世界首次”刷新认知

2022-09-23 文汇报 许琦敏
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  利用“中国天眼”FAST望远镜,中科院国家天文台与北京大学、美国内华达大学学者共同观测到了一次快速射电暴,获得了迄今最大的快速射电暴偏振观测样本,并首次探测到了迄今为止距离快速射电暴中心最近的周边环境的磁场变化。9月21日深夜,国际权威期刊《自然》发表了这一重磅成果。

  快速射电暴(FRB)是宇宙中偶发的射电爆发事件。它们在几毫秒内释放的射电波段能量,可相当于目前全球全年总发电量的几百亿倍。2007年,科学家首次报道发现FRB,迄今已发现几百个,但天文学家对快速射电暴的物理起源与中心机制仍不清楚。

  “过去,我们只能观测到FRB周围几光年、几十光年的环境状况,这次得益于FAST的超高灵敏度,我们观测到FRB中心周围1个天文单位(约1.5亿公里)的环境变化,从而创下了多个FRB观测的‘国际首次’。”论文通讯作者李柯伽的研究双跨于国家天文台与北京大学天文学系,他告诉记者,这次的研究对象是加拿大天文学家于2020年发现的一个新事件FRB 20201124A,距离地球约15亿光年。

  2021年4月1日起,研究团队用FAST对它进行连续深度观测,发现这个FRB每天的信号数据都在剧烈变化,于是一直到其信号“熄灭”数日之后的6月11日才结束观测。在54天共计82小时的观测中,科学家获得了来自该FRB的1863个爆发脉冲信号,这是迄今最大的快速射电暴偏振观测样本,从中得出了一系列刷新认知的结果。

  首先,研究团队“拍摄”到了FRB法拉第旋转量(用以辅助测量环境中的磁场强度)动态演化的“电影”。“我们首次发现了法拉第旋转量的奇异演化行为,它在前36天里会无规律、短时标演化,而在随后的18天里几乎不变。”李柯伽介绍,以往FRB磁场演化常以年为单位,这次发现前所未见。同时,天文学家还首次发现FRB的猝灭现象——FRB 20201124A一开始十分活跃,后来又在72小时内突然熄灭。

  此外,天文学家首次在这次FRB中探测到了与之前所有FRB都显著不同的高圆偏振度脉冲,其最高值达到了75%,还首次发现了频率依赖的偏振振荡现象。这些现象说明,贴近FRB中心的环境是非常复杂且在动态演化着的。

  通过国际合作,该团队还使用美国10米凯克光学望远镜(Keck)对FRB 20201124A的宿主星系进行了深度观测,发现其宿主星系是约银河系尺度大小、富金属的棒旋星系,并且其所在区域恒星密度较低。“早先探测到的FRB主要来自银河系外,人们都以为FRB应该存在于星系中恒星密度较大的区域。这次的发现表明,该FRB并非起源于大质量恒星极端爆炸导致的超亮超新星或伽马射线暴后形成的年轻磁星。”论文合作者、北京大学科维理天文与天体物理研究所研究员东苏勃说,这又为人类认识FRB起源提供了新线索。

  (原载于《文汇报》 2022-09-23 04版)

打印 责任编辑:侯茜

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