快速射電暴（fast radio burst，F(xiàn)RB）是宇宙中偶發(fā)的射電爆發(fā)事件。在幾毫秒時間內(nèi)，它們所釋放的射電波段的能量，相當(dāng)于全世界當(dāng)前總發(fā)電量累計幾百億年的總和，但目前快速射電暴的物理起源仍然不清楚，其中心機制尚屬未知。中國天眼FAST快速射電暴優(yōu)先和重大項目科學(xué)研究團隊利用中國科學(xué)院國家天文臺運行的FAST，開展了對FRB 20201124A的深度觀測，獲得了迄今為止最大的快速射電暴偏振觀測樣本，首次探測到了距離快速射電暴中心僅1個天文單位（即太陽到地球的距離）的周邊環(huán)境的磁場變化，對確定快速射電暴中心引擎機制邁出關(guān)鍵一步。該成果于北京時間2022年9月21日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志發(fā)表。

快速射電暴于2007年首次被報道發(fā)現(xiàn)，迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾百個。早先探測到的FRB主要來自銀河系外，2020年探測到來自銀河系磁星（一類磁場極強的中子星）的快速射電暴，表明有一些快速射電暴可以起源于磁星，但是那些宇宙學(xué)起源的快速射電暴，尤其是那些能夠重復(fù)爆發(fā)的快速射電暴的起源依然未知。此外，F(xiàn)RB雖然有大量射電波段的觀測資料，但長期以來仍缺乏對其核心區(qū)物理參數(shù)的直接觀測資料。

此次研究團隊使用FAST對位于銀河系外的FRB20201124A進行了長期監(jiān)測，在54天共計82小時觀測中測到了來自這個快速射電暴的1863個爆發(fā)脈沖信號，它的高事件率使其成為最活躍的幾個重復(fù)暴之一。基于這一迄今為止最大的快速射電暴偏振觀測樣本，該研究團隊取得了若干重要發(fā)現(xiàn)，均屬于國際首次。該團隊“拍攝”到了FRB法拉第旋轉(zhuǎn)量（這可以幫助測量環(huán)境中的磁場強度）動態(tài)演化的“電影”，首次發(fā)現(xiàn)了法拉第旋轉(zhuǎn)量的奇異演化行為，即在前36天里法拉第旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)了無規(guī)律的短時標演化，而在隨后的18天里幾乎不變；首次發(fā)現(xiàn)了FRB的猝滅現(xiàn)象，即FRB 20201124A從保持高事件率態(tài)到在72小時內(nèi)突然熄滅；首次在FRB中探測到了與之前所有FRB都顯著不同的高圓偏振度脈沖，其最高值達到了75%；首次發(fā)現(xiàn)頻率依賴的偏振振蕩現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都說明了在這個FRB周圍1個天文單位的環(huán)境是非常復(fù)雜并且在動態(tài)演化著的。通過偏振振蕩現(xiàn)象，該團隊對這個FRB周圍1個天文單位的環(huán)境的磁場給出直接限制，達到了高斯量級以上。通過國際合作，該團隊使用美國10米凱克光學(xué)望遠鏡（Keck）對這個FRB的宿主星系進行了深度觀測，發(fā)現(xiàn)其宿主星系是約銀河系尺度大小、富金屬的棒旋星系，并且發(fā)現(xiàn)這個FRB所在區(qū)域恒星密度較低，處于旋臂之間，距離星系中心中等距離，表明該FRB并非起源于大質(zhì)量恒星極端爆炸導(dǎo)致的超亮超新星或伽馬射線暴后形成的年輕磁星。

目前中國天眼FAST快速射電暴優(yōu)先和重大項目科研團隊近百人在緊密合作，期待找到?jīng)Q定快速射電暴核心物理過程和能源機制的直接觀測證據(jù)，引導(dǎo)國際多波段聯(lián)合觀測，早日揭示快速射電暴的物理起源。

法拉第旋轉(zhuǎn)量的短時標演化。陰影區(qū)有FAST觀測，但是沒有探測到FRB爆發(fā)，說明FRB是突然熄滅的

FRB 20201124A 中探測到的線/圓偏振度和偏振位置角的振蕩現(xiàn)象

團隊通過Keck望遠鏡對FRB20201124A的宿主星系進行的光譜和高分辨率成像觀測

快速射電暴和宿主星系藝術(shù)想象圖。繪圖：喻京川、傅海 供圖：中國科學(xué)院國家天文臺

（來源：中國科學(xué)院國家天文臺）