中国天眼揭示快速射电暴密近环境的动态演化

9月21日，中国天眼（FAST）快速射电暴优先和重大项目科学研究团队在《自然》发表新成果。研究团队利用FAST，开展了对快速射电暴FRB 20201124A的深度观测，获得了迄今为止最大的快速射电暴偏振观测样本，首次探测到了距离快速射电暴中心仅1个天文单位（即太阳到地球的距离）的周边环境的磁场变化，对确定快速射电暴中心引擎机制迈出关键一步。

快速射电暴是宇宙中偶发的射电爆发事件。在几毫秒时间内，它们所释放的射电波段的能量，相当于全世界当前总发电量累计几百亿年的总和，但目前快速射电暴的物理起源仍然不清楚，其中心机制尚属未知。

2007年，快速射电暴首次被科学家报道发现，迄今已经发现了几百个。早先探测到的快速射电暴主要来自银河系外，2020年探测到来自银河系磁星（一类磁场极强的中子星）的快速射电暴，表明有一些快速射电暴可以起源于磁星，但是那些宇宙学起源的快速射电暴，尤其是那些能够重复爆发的快速射电暴的起源依然未知。此外，快速射电暴虽然有大量射电波段的观测资料，但长期以来仍缺乏对其核心区物理参数的直接观测资料。

此次研究团队使用FAST对位于银河系外的FRB 20201124A进行了长期监测，在54天共计82小时观测中测到了来自这个快速射电暴的1863个爆发脉冲信号，它的高事件率使其成为最活跃的几个重复暴之一。这是迄今为止最大的快速射电暴偏振观测样本。

基于该样本，研究团队取得了若干重要发现。

该团队“拍摄”到了快速射电暴法拉第旋转量动态演化的“电影”。法拉第旋转量可以帮助测量环境中的磁场强度。研究团队首次发现了法拉第旋转量的奇异演化行为，即在前36天里法拉第旋转出现了无规律的短时标演化，而在随后的18天里几乎不变。

此外，团队还首次发现了快速射电暴的猝灭现象，即FRB 20201124A从保持高事件率态到在74小时内突然熄灭；首次在快速射电暴中探测到了与之前所有快速射电暴都显著不同的高圆偏振度脉冲，其最高值达到了75%；首次发现频率依赖的偏振振荡现象。

共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员朱炜玮介绍，这些现象都说明，在FRB 20201124A周围1个天文单位的环境是非常复杂并且在动态演化着的。

通过偏振振荡现象，该团队对FRB 20201124A周围1个天文单位的环境磁场给出直接限制，达到了高斯量级以上。通过国际合作，该团队使用美国10米凯克光学望远镜（Keck）对该快速射电暴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，并且发现该快速射电暴所在区域恒星密度较低，处于旋臂之间，距离星系中心中等距离，表明该快速射电暴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。

FAST由中国科学院国家天文台运行，目前中国天眼FAST快速射电暴优先和重大项目科研团队有近百人在紧密合作，目标是找到决定快速射电暴核心物理过程和能源机制的直接观测证据，引导国际多波段联合观测，早日揭示快速射电暴的物理起源。

快速射电暴和宿主星系艺术想象图（喻京川、傅海绘图）。世界最大单口径射电望远镜中国天眼（左下）和空间分辨率最高的单口径光学望远镜凯克望远镜（右上）承担本研究观测。国家天文台供图

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