“中国天眼”观测成果又一次登上《自然》杂志。利用“中国天眼”FAST望远镜，中国科学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，获得了迄今为止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。成果于2022年9月21日23点发表于《自然》杂志。

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，可以相当于目前全球全年总发电量的几百亿倍。2007年，科学家首次报道了FRB的发现，迄今已经发现几百个。但由于研究时间短、观测灵敏度有限，目前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（太阳到地球的距离，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工作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，判断它可能是重复暴，研究团队从2021年4月1日起用FAST对它进行连续的深度观测。

▲本次成果艺术图：快速射电暴和宿主星系艺术想象图。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。（绘图： 喻京川、傅海）

令科研团队惊喜万分的是，这个FRB每天信号数据都在剧烈变化。于是，他们团队一直到其信号“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，获得了来自该FRB的1863个爆发脉冲信号，这是迄今为止最大的快速射电暴偏振观测样本。科学家从中得出了一系列颠覆以往认知的结果。

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，这次发现是从未见过的。此次，天文学家还首次发现了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。

▲法拉第旋转量的短时标演化。阴影区有FAST观测，但是没有探测到FRB爆发，说明FRB是突然熄灭的。

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。而以往天文学界认为FRB的偏振是线振荡，这次发现颠覆了之前的认知。同时，这些现象也说明了贴近FRB中心的环境是非常复杂且在动态演化着的。

▲FRB 20201124A 中探测到的线/圆偏振度和偏振位置角的振荡现象。

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。

▲团队通过Keck望远镜对FRB20201124A的宿主星系进行的光谱和高分辨率成像观测。

“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，而这次的发现表明，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。

目前中国天眼FAST快速射电暴优先和重大项目科研团队近百人在紧密合作，期待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。

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