中国天眼揭秘宇宙“随机烟花”

FAST揭秘快速射电暴。课题组供图

本报讯（记者崔雪芹）中国科学院国家天文台“中国天眼”（FAST）首席科学家李菂团队提出了一种全新的方法，全面分析了活跃的快速射电暴在时间-能量相空间中的行为。相关研究成果4月12日以封面文章形式发表于《科学通报》。

“这一发现揭示了快速射电暴爆发的行为模式，展示了其不同于其他物理现象的发射规律，标志着我们对快速射电暴理解的一个飞跃。”论文通讯作者李菂告诉《中国科学报》。

作为宇宙在射电波段最剧烈的爆发，快速射电暴在千分之一秒的时间内释放的能量足够驱动人类社会运转万亿年。爆发的信号就像闪亮的宇宙烟花，可以穿越大半个宇宙被人类捕捉。

快速射电暴的发现和研究，为我们探索宇宙极端环境、验证物理理论提供了绝佳的实验场。在过往的诸多研究中，寻找快速射电暴在毫秒到秒量级周期的所有努力均以失败告终。这使得研究者重新考虑快速射电暴的发射方式。周期搜索针对爆炸事件序列的发生时间，忽略了其能量，特别是时间和能量这两个基础物理参数间可能的关联。

针对FAST探测到的上千次快速射电暴爆发，李菂团队成员张永坤发展了全新的“Pincus-Lyapunov相图”分析方法，为度量和比较不同天体事件，如快速射电暴、脉冲星、地震、太阳耀斑等在时间和能量二维空间上的随机性和混沌性提供了标准。

混沌与随机事件都不可预测，但是其表象不同。一个随机序列的不可预测性是随时间稳定的，比如掷骰子，无论第几次抛掷，都无法根据现在的点数预测出下一次掷出的点数。而在一个混沌系统中，不可预测性是随时间指数增长的。比如天气系统，可以根据当前的天气状况大致估计短时间之后的天气，然而我们很难准确预测未来一周的天气状况。间隔越久，预测越困难。

在随机性-混沌性的相空间中，快速射电暴表现出明显的随机性，宛若在时空中随机漫步。而地震、太阳耀斑等表现出显著的混沌性。地震的发生概率依赖于地震的强度。大型地震后往往出现频繁的余震，而快速射电暴并不表现出此类依赖模式，这对于流行的致密星壳层震动触发快速射电暴的模型提出了挑战。

该研究的深度和独创性为深入探索快速射电暴的起源理论开辟了新方向。快速射电暴的高度随机性表明其可能来源于多种相互作用的机制，而这些机制之间的相互影响正是下一步研究的重点。随着科技进步，FAST让科学家能够更加精确地捕捉这些宇宙间的绚烂“烟花”并探索其所蕴含的秘密。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.02.010

《中国科学报》 (2024-04-12 第1版 要闻)