“中国天眼”又有新发现：首例持续活跃重复快速射电暴

从色散-红移关系上清晰可见FRB 20190520B拥有最大的宿主星系电子密度。　国家天文台 供图

中新网北京6月9日电 (记者 孙自法)一个是宇宙中最神秘、最明亮的射电爆发现象——快速射电暴(FRB)，一个是世界最大单口径望远镜、被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)，这两者强强互动、科学“碰撞”，会产生什么样的天文“火花”一直备受瞩目。

来自中国科学院国家天文台的最新消息说，“中国天眼”首席科学家李菂研究员领导的国际团队，通过“中国天眼”的“多科学目标同时巡天”(CRAFTS)优先重大项目，观测发现了首例、也是迄今唯一一例持续活跃的重复快速射电暴，命名编号为“FRB 20190520B”。

FAST与FAST首次探测到的FRB 20190520B四次爆发。　国家天文台 供图

研究团队之后通过组织多台国际设备天地协同观测，综合射电干涉阵列、光学、红外望远镜以及空间高能天文台的数据，将FRB 20190520B定位于一个距离地球30亿光年的贫金属的矮星系，确认其近源区域拥有目前已知的最大电子密度，并发现迄今第二个快速射电暴持续射电源对应体(PRS)。

这一璀璨天文“火花”的重要发现，揭示出活跃重复暴周边的复杂环境有类似超亮超新星爆炸的特征，挑战了对快速射电暴色散分析的传统观点，为构建快速射电暴的演化模型、理解这一剧烈的宇宙神秘现象奠定坚实基础。该研究成果论文，北京时间6月8日夜间在国际著名学术期刊《自然》在线发表。

“中国天眼”(FAST)(下)和美国甚大天文阵列望远镜(VLA)(上)合成图。　国家天文台 供图

首例持续活跃快速射电暴如何被发现

论文第一作者、中科院国家天文台青年学者牛晨辉博士介绍说，快速射电暴可在1毫秒的时间内释放出太阳大约一整年才能辐射出的能量，2007年才首次确定它的存在，2016年探测到第一例重复爆发的快速射电暴，打破了人们对其传统认知。目前，该领域已成为天文学最新研究热点之一，全球已公布近500例快速射电暴，仅不到10例有活跃爆发(即在其窗口期内频繁爆发)，但此前并未发现存在持续活跃的重复快速射电暴。

他在系统处理“中国天眼”探测数据的过程中，发现2019年5月20日的数据存在重复的高色散脉冲，并依惯例命名为FRB 20190520B，这例快速射电暴在最初被探测到时，就表现出活跃的迹象。基于这一发现，研究团队通过与美国甚大阵列望远镜合作，在2020年7月完成亚角秒量级的精确定位，并探测到一颗与之对应的致密的持续射电源。

论文作者代表、中科院国家天文台朱炜玮研究员、李菂研究员、牛晨辉博士、蔡肇伟研究员(从左至右)合影。　中新社记者 孙自法 摄

随后，研究团队通过美国帕洛玛200英寸望远镜和凯克望远镜、加拿大-法国-夏威夷望远镜和日本斯巴鲁近红外光学望远镜，确定了FRB 20190520B的宿主星系和红移，推导出其宿主星系贡献了总色散值的80%，为目前已知所有快速射电暴源中最高。

进一步结合散射特征，研究团队提出宿主星系的色散主要来自邻近快速射电暴爆发源的区域，该区域高电子密度导致的高色散值也使得FRB 20190520B远远偏离经典的色散与红移关系。

论文通讯作者、中科院国家天文台李菂研究员(左)和论文第一作者、中科院国家天文台牛晨辉博士合影。　中新社记者 孙自法 摄

与之前美国发现相似快速射电暴有何异同

牛晨辉指出，此次“中国天眼”发现的FRB 20190520B与美国阿雷西博望远镜之前发现的FRB 20121102A非常相似。FRB 20121102A是人类发现的第一个快速射电暴重复暴和第一个被定位的快速射电暴，也是此前唯一被确认有致密射电源对应体的快速射电暴。

两者都极为活跃，都拥有复杂的电磁环境，而FRB 20190520B各方面的特征都更为极端：例如FRB 20121102A存在爆发活跃期，但FRB 20190520B从未停止爆发，截至目前，“中国天眼”已经探测到后者几百次爆发。

牛晨辉总结称，作为首例持续活跃重复快速射电暴，FRB 20190520B是目前唯一没有观察到停止爆发的快速射电暴。FRB 20190520B近源位置的电子密度为迄今最高，拥有非常复杂的电磁环境，并是迄今第二例发现伴随有射电持续源的快速射电暴。

他认为，FRB 20190520B与FRB 20121102A具有很大相似度，有可能代表了快速射电暴的演化早期阶段，有望帮助揭开快速射电暴起源的神秘面纱。

论文第一作者、中科院国家天文台牛晨辉博士介绍“中国天眼”发现首例持续活跃重复快速射电暴成果。　中新社记者 孙自法 摄

“中国天眼”这项重要发现有哪些意义？

基于“中国天眼”探测数据的这项重要发现研究初步结果公布后，引起国际天文界的广泛关注，以其为基础已经催生包括散射时标模型、超新星爆炸解释等数篇创新模型文章。

李菂研究员表示，综合“中国天眼”近期观测数据，FRB 20121102A和FRB 20190520B很可能处在快速射电暴初生阶段。“中国天眼”的持续观测，特别是执行“快速射电暴巡天”优先重大项目，有望建立全新的快速射电暴演化图景。

他透露，“中国天眼”的“多科学目标同时巡天”优先重大项目迄今已经发现至少6例新快速射电暴，正在为揭示宇宙中这一神秘现象的机制、推进天文学这一全新领域的研究做出独特贡献。

论文通讯作者、中科院国家天文台李菂研究员介绍“中国天眼”发现首例持续活跃重复快速射电暴成果。　中新社记者 孙自法 摄

针对快速射电暴是否为外星人联系地球信号等广泛猜测和“中国天眼”明确列入“参与地外文明搜寻”科学目标的关联议题，李菂认为，虽然超出人类目前认知边界的各种超自然现象，未被纳入学界的主流框架，但为人们提供了足够的想象空间。

快速射电暴发现人、美国西弗吉尼亚大学教授邓肯·洛里默评价称，基于新的快速射电暴FRB 20190520B特征及其持续射电源的存在，他认为快速射电暴有可能来自多种天体，可能有不同的分类。随着快速射电暴样本的持续增长，预计未来几年内，就能够详细解释快速射电暴耐人寻味的天体类别。

快速射电暴理论专家、美国圣路易斯华盛顿大学教授乔纳森·卡茨说，FRB 20190520B这个发现帮助了解快速射电暴周边环境，进而揭示其辐射机制。

中国科学技术大学天文系教授戴子高指出，FRB 20190520B研究表明其周围环境似乎特别致密并且被高度磁化，进而意味着该暴的起源天体(现在广泛认为是中子星)比较年轻，并且可能处于双星系统或者超新星遗迹之中，这对于理解快速射电暴的周围环境和物理起源具有重要科学意义。

中科院国家天文台台长常进院士表示，FRB 20190520B的发现虽具有一定偶然性，但更是中国持续增加大科学装置投入取得突破的必然，得益于几代天文人的贡献付出。他希望不久的将来，在暗物质、中性氢、引力波探测等世界科技前沿领域，中国科学家能取得更多原创性重大发现成果，实现更大科研突破。(完)