科学研究
科研成果
中国天眼FAST发现快速射电暴的新特征
发布日期:2020-11-05浏览次数:

FAST望远镜2020年初通过国家验收,并立即向全国天文工作者公开使用。FAST望远镜灵敏度高,可观测其他射电望远镜无法探测到的微弱信号。由于FAST工程团队精确的反射面面型控制和FAST19波束接收机良好的偏振特性,使得FAST成为研究快速射电暴偏振的绝佳利器。FAST通过对快速射电暴深度观测取得重要科学进展。

1:FAST望远镜探测到快速射电暴(摄影:黄琳、杨清亮,王铂钧、张春风、姜金辰。后期:崔起生)

快速射电暴于2007年发现,是近年来最热门的天文学前沿领域之一。人们对其如何在毫秒级的无线电脉冲中释放极高的能量感到十分困惑。北京时间2020年10月28日和11月4日,国际学术期刊《自然》连续发表我国团队在快速射电暴方向取得的重要研究成果,其中包括:1.《快速射电暴的偏振曲线多样性》;2.《银河系磁星爆发态中没有射电脉冲》。

图2:FAST望远镜深度观测(摄影:黄琳、杨清亮,王铂钧、张春风、姜金辰。后期:崔起生)

成果1中,研究团队证认了之前由澳大利亚Parkes望远镜发现的快速射电暴FRB180301是一个重复暴。在对其进行长期观测后,团队首次发现了快速射电暴的偏振多样性,特别是发现偏振角(即无线电波的振动方向)在短短的毫秒时间内发生了系统的改变。针对快速射电暴无线电辐射的来源,学术界一直存在两类观点的争论:1)辐射来源于磁星的磁层, 即产生于磁场很强的致密星周围的强磁场电离环境; 2)辐射来源于激波相互作用驱动的辐射。在此工作之前,偏振角变化的现象仅在一次性爆发源中观测到两个事件,而已知的快速射电暴重复爆却仅仅表现出平坦的偏振角。这些观测尚无法有效地检验这两类观点。FRB180301中偏振位置角迅速变化这一发现强烈暗示快速射电暴来源于致密天体的磁层中,并对激波产生机制提出了挑战。这个发现向理解快速射电暴的物理起源提供了新的线索。

图3:FRB 180301的偏振多样性(来源 Luo et al., 2020, Nature)

成果2中,研究团队对银河系中离我们约3万光年的活动磁星SGRJ1935+2154进行了深度观测。2020年4月,加拿大CHIME望远镜和美国STARE2分别探测到了来源于这个磁星的极为明亮的无线电脉冲信号。这个信号与快速射电暴信号十分类似,因此人们认为这个磁星是银河系内的快速射电暴。由于SGR J1935+2154具有十分频繁的磁层相关的高能活动,人们怀疑无线电波段爆发是否和高能活动成协。基于FAST的高灵敏度,团队对该磁星进行了深度观测,并对其处于高能活动态中的射电脉冲流量给出了最强限制。这一工作证明磁星产生快速射电暴的具体过程必须十分特殊,并不是所有的高能活动都导致快速射电暴的产生。

4:致密星的磁层产生复杂的偏振多样性的示意图

北京大学科维理天文与天体物理研究所、中国科学院国家天文台和美国内华达大学的研究人员在这两项工作中起到了核心作用。

图5:费米卫星的29次高能爆发中,没有无线电爆发对应 (Lin et al., 2020 Nature)






文章链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2827-2

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2839-y