被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）最近取得了一項(xiàng)重要突破——首次捕捉到重復(fù)快速射電暴的法拉第旋轉(zhuǎn)量發(fā)生劇烈躍變并隨后回落的詳細(xì)演化過程。這一發(fā)現(xiàn)為“快速射電暴起源于雙星系統(tǒng)”的假說提供了直接且關(guān)鍵的觀測證據(jù)，標(biāo)志著天文學(xué)家在破解快速射電暴起源之謎方面邁出了重要一步。

這項(xiàng)研究成果由中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)牽頭，聯(lián)合中外多家科研機(jī)構(gòu)共同完成。相關(guān)成果論文于1月16日凌晨在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。當(dāng)天上午，研究團(tuán)隊(duì)在貴州平塘的“中國天眼”觀測基地舉行新聞發(fā)布會(huì)，對(duì)最新發(fā)表的成果進(jìn)行了解讀。

快速射電暴是宇宙中最神秘的射電爆發(fā)現(xiàn)象之一，持續(xù)時(shí)間僅為數(shù)毫秒，卻能在瞬間釋放相當(dāng)于太陽一整周輻射總和的巨大能量。自2007年被首次發(fā)現(xiàn)以來，這類現(xiàn)象的起源機(jī)制一直是天體物理學(xué)領(lǐng)域的重要謎團(tuán)。科學(xué)界普遍推測其與中子星等致密天體有關(guān)，而部分重復(fù)爆發(fā)的快速射電暴所呈現(xiàn)的周期性特征，更暗示其可能處于雙星系統(tǒng)中，但長期缺乏直接觀測證據(jù)支撐這一猜想。

為破解這一謎題，研究團(tuán)隊(duì)利用“中國天眼”的超高靈敏度優(yōu)勢，對(duì)重復(fù)快速射電暴FRB 20220529開展了長達(dá)兩年多的持續(xù)監(jiān)測。法拉第旋轉(zhuǎn)量作為反映射電信號(hào)傳播路徑上磁化等離子體密度與磁場強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)，能幫助科學(xué)家捕捉天體周圍的環(huán)境變化。在為期一年半的常規(guī)監(jiān)測中，F(xiàn)RB 20220529的法拉第旋轉(zhuǎn)量始終在-300至+300弧度/平方米的范圍內(nèi)小幅波動(dòng)，中位數(shù)僅為17弧度/平方米。但在2023年12月，研究團(tuán)隊(duì)觀測到一個(gè)突破性現(xiàn)象：該暴源的法拉第旋轉(zhuǎn)量突然急劇飆升至1977±84弧度/平方米，達(dá)到此前變化水平的約20倍，隨后又在短短兩周內(nèi)單調(diào)下降，逐步恢復(fù)至正常波動(dòng)范圍。

這種劇烈、快速且可逆的磁環(huán)境變化，在快速射電暴研究史上尚屬首次被詳細(xì)記錄。研究團(tuán)隊(duì)通過詳細(xì)分析指出，此次法拉第旋轉(zhuǎn)量劇變現(xiàn)象的核心物理機(jī)制，是一團(tuán)來自快速射電暴起源天體附近的致密磁化等離子體云，在數(shù)周內(nèi)恰好穿過了地球與暴源之間的觀測視線。這一過程與太陽系內(nèi)太陽活動(dòng)引發(fā)的日冕物質(zhì)拋射極為相似，當(dāng)這些物質(zhì)穿過觀測視線時(shí)，便會(huì)引發(fā)法拉第旋轉(zhuǎn)量的顯著變化。

進(jìn)一步的模型比對(duì)與物理分析表明，若FRB 20220529起源于一顆孤立的中子星，現(xiàn)有理論無法解釋如此大幅且快速的磁環(huán)境突變。而如果其處于雙星系統(tǒng)中，來自伴星的劇烈活動(dòng)或雙星軌道的特殊幾何結(jié)構(gòu)，能自然且合理地產(chǎn)生觀測到的法拉第旋轉(zhuǎn)量“躍變-回落”事件。因此，這一發(fā)現(xiàn)為快速射電暴的“雙星起源”模型提供了強(qiáng)有力的觀測支撐。

研究團(tuán)隊(duì)表示，F(xiàn)RB 20220529屬于信號(hào)暗弱的暴源，其多數(shù)爆發(fā)難以被其他望遠(yuǎn)鏡有效探測。此次突破的取得，既得益于“中國天眼”無與倫比的靈敏度，也離不開研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新的數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)現(xiàn)了從海量觀測數(shù)據(jù)中精準(zhǔn)提取出關(guān)鍵偏振信息。在這次觀測到的法拉第旋轉(zhuǎn)量劇變事件發(fā)生前后，研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院國家天文臺(tái)FAST運(yùn)行和發(fā)展中心高效協(xié)同，確保整個(gè)演化過程的數(shù)據(jù)完整性，充分展現(xiàn)出中國大科學(xué)裝置的技術(shù)優(yōu)勢與科研團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力。