天体物理学家揭开了快速无线电爆炸的神秘面纱

中国贵州五百米孔径球面射电望远镜（FAST）。

UNLV天体物理学家张兵在《自然》杂志上发表的三篇论文中为理解快速无线电爆发的物理机制做出了贡献。

快速无线电脉冲或FRB是来自银河系外深空的强大毫秒级无线电波，已成为有史以来观察到的最神秘的天文学现象之一。自从2007年首次发现FRB以来，世界各地的天文学家都使用射电望远镜追踪爆炸，并寻找有关它们来自何处以及如何产生的线索。

UNLV天体物理学家张兵和国际合作者最近观察到了其中一些神秘的来源，这导致了《自然》杂志上报道的一系列突破性发现，这些发现可能最终为FRB的物理机制提供了线索。

张的第一篇论文发表在10月28日的《自然》（Nature）上，张是该论文的通讯作者和主要理论家。

“ FRB的起源有两个主要问题，”张说。他的团队使用了位于中国贵州的五百米孔径球面望远镜（FAST）进行了观测。“第一是FRB的引擎是什么，第二是产生FRB的机制是什么。我们找到了本文第二个问题的答案。”

已经提出了两种相互竞争的理论来解释FRB的机制。一种理论认为它们类似于伽玛射线爆发（GRB），这是宇宙中最强大的爆炸。另一种理论将它们更像是射电脉冲星，后者使中子星旋转，这些中子星发出明亮，相干的射电脉冲。类似于GRB的模型预测每个突发内的不变极化角，而类似于脉冲星的模型预测极化角的变化。

该团队使用FAST观察了一个重复的FRB信号源，并从中发现了11个脉冲串。令人惊讶的是，在每个猝发期间，11个明亮猝发中有7次显示出固有的偏振角摆动。偏振角不仅在每个猝发中变化，而且在猝发之间也存在变化模式。

K.-J说：“我们的观察从本质上排除了GRB类模型，并为脉冲星类模型提供了支持。”北京大学卡夫利天文与天体物理研究所的Lee和该论文的通讯作者。

11月4日，《自然》杂志上发表了另外四篇有关FRB的论文。这些内容包括由FAST团队发表的多篇研究论文，这些论文由Zhang以及中国国家天文台和北京大学的合作者领导。隶属于加拿大氢强度图实验（CHIME）和瞬态天文射电辐射调查2（STARE2）小组的研究人员也与出版物合作。

Zhang解释说：“就像第一篇论文加深了我们对FRB背后机制的理解一样，这些论文解决了其神秘起源的挑战。”

磁场是令人难以置信的密集城市大小的中子星，它们拥有宇宙中最强大的磁场。磁场有时会通过磁场消散而产生短的X射线或伽玛射线短脉冲，因此长期以来人们一直认为它们是在高能脉冲期间为FRB供电的合理来源。

最早的确凿证据出现在2020年4月28日，当时我们就坐在我们后院的一个磁极中发现了一个非常明亮的无线电脉冲爆发-在距银河系地球约30,000光年的地方。不出所料，FRB与明亮的X射线爆发有关。

张说：“我们现在知道，宇宙中磁化最强的物体，即所谓的磁星，可以产生宇宙中至少一些或可能所有的FRB。”

该事件由CHIME和STARE2（两个带有许多小型射电望远镜的望远镜阵列）检测到的，它们适合于检测大范围天空中的明亮事件。

张的团队使用FAST观测磁源已有一段时间了。不幸的是，当FRB发生时，FAST并没有寻找源头。尽管如此，FAST还是做出了一些有趣的“未检测到”发现，并在11月4日《自然》杂志的一篇文章中进行了报道。在FAST观测运动期间，还有29个X射线从​​磁场中发射出去。但是，这些突发都没有伴随无线电突发。

张说：“我们的未侦查以及CHIME和STARE2小组的侦查描绘了FRB-电磁关联的完整情况。”

为了让所有人都了解，Zhang还与《自然》杂志合作发表了有关这些发现及其对天文学领域的影响的单作者评论。

张说：“由于最近的观察性突破，最终可以对FRB理论进行严格的审查。”“产生FRB的机制大大缩小了。然而，仍有许多悬而未决的问题。在未来的几年中，这将是一个令人兴奋的领域。”

参考：张冰，2020年11月4日，Nature.DOI：“快速无线电脉冲爆发的物理机制”：
10.1038 / s41586-020-2828-1