中国天眼重大发现破解快速射电暴起源之谜 双星系统假说获关键证据支撑

快速射电暴被称为宇宙深空中的“瞬时强脉冲”,持续时间往往只有毫秒量级,却能在极短时间释放极高能量。

自2007年被发现以来,其起源与辐射机制一直是天体物理学的重要未解之谜:它究竟来自何种天体、处于怎样的环境、又通过何种过程产生如此强烈而短暂的射电爆发。

这些问题不仅关乎致密天体物理,也关系到人类利用射电信号作为宇宙探针、研究星际与星系际介质磁场结构的能力边界。

问题:快速射电暴起源长期“有猜测、缺证据”。

学界普遍认为快速射电暴与中子星等致密天体相关,但部分重复爆发源呈现出的周期性或准周期特征,引出“可能处于双星系统”的推断。

关键难点在于,如何在观测上捕捉到能直接指向系统结构与周边环境变化的信号,并把偶然爆发现象转化为可检验、可复现的物理证据链。

由于快速射电暴转瞬即逝、活动具有间歇性,且其传播路径上叠加了复杂介质效应,长期以来缺乏能够“定性又定量”的决定性观测结果。

原因:研究团队抓住了“磁环境”这个突破口。

此次由中国科学院紫金山天文台牵头、联合国内外多家机构组成的团队,将观测重点放在法拉第旋转量这一关键参数上。

法拉第旋转量可反映射电波在传播过程中所经历的等离子体密度与磁场强度综合作用,能够在一定程度上刻画爆发源附近及视线方向上的磁化介质变化。

换言之,它相当于一支灵敏的“宇宙磁环境探针”,一旦源区周边发生显著扰动,旋转量就可能留下可追踪的指纹。

依托FAST的超高灵敏度与长期稳定运行能力,团队对重复快速射电暴FRB 20220529开展了两年多持续监测,为捕捉时间序列中的异常变化奠定了数据基础。

影响:首次记录“急剧飙升—快速回落”的完整演化,增强双星起源解释力。

观测显示,在长达一年半的时间里,该源法拉第旋转量仅在一定范围内小幅波动;而在2023年12月,这一参数突然出现急剧飙升,幅度达到平时变化水平的约20倍,随后又在两周左右迅速下降并回到正常波动区间。

这种“短期剧烈跃变后回落”的现象在既往快速射电暴研究记录中极为罕见。

研究团队进一步通过数据分析、模型比对与物理推断认为:若将该源视为孤立中子星,现有理论较难解释如此大幅且快速的磁环境突变;而在双星系统框架下,伴星活动(如星冕物质抛射)或轨道几何导致的环境穿越效应,能够更自然地给出“先增强后恢复”的旋转量演化。

这一结论使“双星系统假说”从以往的间接推测走向更强的观测支撑,也为构建更统一的快速射电暴分类与物理图景提供了关键拼图。

对策:以长期监测与开放共享提升证据积累效率。

快速射电暴研究的一个现实特征是“等得到、抓得住、解得开”。

一方面,需要望远镜具备高灵敏度、高时间分辨率与稳定运行能力,支撑对同一目标的跨季节、跨年度追踪;另一方面,需要在数据处理、模型检验、跨波段协同观测等方面形成更紧密的协作机制,以便把单次异常转化为可重复检验的科学结论。

FAST近年来坚持开放共享的运行模式,观测资源面向全球用户开放,既扩大了科学问题的覆盖面,也提高了重大线索被及时捕捉和验证的概率。

随着观测时长与数据规模持续增长,如何进一步提升数据快速处理能力、优化重大项目组织方式、促进与其他望远镜联动,将成为把“发现”转化为“系统性突破”的关键环节。

前景:从解释单一源走向建立快速射电暴物理“通用框架”。

此次成果不仅指向FRB 20220529的可能起源,也提示快速射电暴的源区环境具有可观测的动态演化特征。

未来,如果能在更多重复快速射电暴中捕捉到类似的旋转量突变、周期性变化或与伴星活动相关的信号,并结合高能辐射、引力波等多信使观测,将有望进一步厘清不同类源的共同机制与差异机制,回答“哪些来自双星、哪些来自孤立致密星、不同环境如何塑造爆发特征”等更宏观的问题。

随着FAST持续释放观测能力,叠加我国在天文基础设施与人才队伍上的积累,围绕致密天体、强磁场物理与宇宙介质的研究有望取得更多关键性进展。

此次快速射电暴起源机制的重大发现,不仅彰显了我国在天体物理前沿领域的科研实力,更体现了大科学装置在推动基础科学研究中的关键作用。

随着"中国天眼"持续产出高质量科学成果,我国正在从天文观测的参与者向引领者转变,为人类探索宇宙奥秘、推进科学认知贡献着独特的中国智慧和中国方案。