周邊磁場存在極端反轉——世界首例持續活躍重復快速射電暴環境特征揭秘

從銀河系外而來，帶著諸多宇宙奧秘，快速射電暴(FRB)穿越茫茫星海，多次造訪地球。人類對其起源卻知之甚少。

5月12日，國際學術期刊《科學》刊登了中外聯合研究團隊在快速射電暴領域的重磅發現。研究團隊以中國天眼發現的世界首例持續活躍的快速射電暴FRB 20190520B為觀察對象，首次發現快速射電暴周邊磁場存在極端反轉。

“通過環境特征的吻合程度推測，這意味著FRB 20190520B可能處在雙星系統中，而雙星的伴星可能是黑洞或者大質量恒星。” 論文共同第一作者、之江實驗室研究專家馮毅表示，這一發現是快速射電暴起源研究向前推進的重要一步。

(資料圖片僅供參考)

根據觀測現象反推環境特征

快速射電暴是一種無線電波爆發現象，持續時間通常僅有幾毫秒，卻能釋放出相當于太陽一整天內釋放的能量。科學家發現，一些快速射電暴會重復爆發。

近年來，全球范圍內大量射電望遠鏡拔地而起，更新著人類對快速射電暴的觀測和認知。此次成果的研究對象FRB 20190520B自2019年5月20日現身以來，多國科學家每次監測時都有一個或多個望遠鏡探測到其爆發，持續可靠。

去年3月，馮毅參與的研究團隊曾在《科學》雜志刊登研究論文，首次提出能夠解釋重復快速射電暴偏振頻率演化的統一機制，指出重復快速射電暴處在類似超新星遺跡的復雜環境中。

“快速射電暴的偏振性質包含快速射電暴本身的特性以及其形成環境等豐富信息。”馮毅介紹，由于快速射電暴絕大多數都在銀河系外，和人類相距幾十億光年，很難直接觀測到它們的起源，通過鑒別其周邊環境特征推測起源是重要的手段。

利用位于澳大利亞的帕克斯望遠鏡和位于美國的綠岸望遠鏡，研究團隊此次對FRB 20190520B進行了長達17個月的監測，再根據監測數據對其偏振性質進行測量分析。

“快速射電暴在到達地球之前，通過宇宙中的等離子體，受磁場影響發生法拉第旋轉，振動方向隨之變化，抵達地球時的振動方向和剛發出時不一樣。” 馮毅解釋道，電磁波穿過磁化等離子體會發生振動方向改變，這被稱為法拉第旋轉。可以通過分析法拉第旋轉量來反推快速射電暴所經過的宇宙磁場環境。

此次重磅成果涉及了橫跨地球三大洲的國際大型設備的觀測：李菂國際團隊利用位于澳大利亞的帕克斯望遠鏡和位于美國的綠岸望遠鏡對“中國天眼”FAST發現的世界首例持續活躍快速射電暴FRB 20190520B進行了長期的監測，對觀測數據的綜合分析首次揭示了其周邊磁場的極端反轉，表明FRB 20190520B可能處在雙星系統中，雙星的伴星可能是黑洞或者大質量恒星。(李菂/ScienceApe/中國科學院供圖)

AI算法快速提取有效數據

監測時間跨度達17個月，必然搜集到大量數據，如何快速提煉出有用信息?

馮毅介紹，此次研究的監測數據容量大概是幾十TB，但真正包含信號的數據僅有幾百兆。之江實驗室智能計算天文平臺提供了重要幫助，通過AI算法，幾天就完成信號提煉，大幅減少了研究團隊的工作量。

論文共同通訊作者、中國科學院國家天文臺研究員、之江實驗室計算天文首席科學家李菂介紹，通過綜合分析發現，FRB 20190520B的法拉第旋轉量經歷了兩次正負值劇烈轉變的過程。

“法拉第旋轉量的數值反映了電子密度和磁場強度，電子密度和磁場強度越大，振動方向旋轉的角度越大，對應的法拉第旋轉量越大。”馮毅指出，通俗地講，此次研究將FRB 20190520B法拉第旋轉量隨著時間的演化規律初步測算出來，由此能推測出其起源環境特征和雙星系統的比較相像。

他表示，下一步，之江實驗室天文計算團隊將繼續對這一快速射電暴進行監測，以期發現其法拉第旋轉的周期性變化，有望進一步確定其起源和環境特征。

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