慧眼支撐 快速射電暴起源磁星爆發成2020年最受關注科學研究成果

如果評選2020年全球最受關注的科學研究成果，毫無疑問，快速射電暴來自磁星這一發現，肯定是其中之一。

因為這一成果同時獲得了全球兩大頂級學術期刊《自然》和《科學》的“加持”，被英國《自然》雜志評為2020年十大科學發現之一，也被美國《科學》雜志列入2020年十大科學突破。而這一發現的重要支撐就是慧眼衛星。

2月19日，中科院高能物理研究所召開新聞發布會，介紹我國第一顆空間X射線天文衛星慧眼衛星在這一發現中發揮的重要作用。

當天，《自然·天文學》也在線發表了慧眼衛星的觀測結果。慧眼衛星發現首個跟神秘的快速射電暴相關聯的X射線暴，確認其來自銀河系內的磁星SGR J1935+2154，并在國際上首先證認該X射線暴包含的兩個X射線脈沖是快速射電暴的高能對應體。

“這一發現與國際上其它望遠鏡的觀測一起，證明快速射電暴可以起源于磁星爆發，破解了快速射電暴的起源之謎，并為理解快速射電暴的輻射機制和磁星的爆發機制提供了至關重要的數據。”發布會上，慧眼衛星首席科學家、中科院高能所研究員張雙南說。

快速射電暴(FRB)，廣袤宇宙中一種射電波瞬間暴發的現象，持續時間極短，通常只有幾毫秒，他們往往“神龍見首不見尾”，閃現幾毫秒，便再無蹤跡，其起源和產生機制是當今天文學最大的謎題之一。

事實上，關于快速射電暴的來源，主流的理論假說可以分為兩派。一派認為它來自磁星的磁層;另一派則認為，某些致密天體爆發會產生激波，快速射電暴便來源于激波相互作用驅動的輻射。近年來，兩大派系一直爭論不休。

“要弄清快速射電暴產生的原因，關鍵有兩點：第一是要找到其對應的天體，第二是看到快速射電暴在其它波段的輻射，限制其物理機制。”張雙南說。

2020年4月28日， 英國格林威治時間下午2點34分，加拿大CHIME實驗和美國STARE2實驗同時看到了一個亮度極高的快速射電暴，被命名為FRB 200428，其方向與銀河系內的磁星SGR J1935+2154方向大概一致，而且根據恒星際介質對不同頻率射電信號之間的時間延遲推算，暴發源的距離為大約3萬光年，也跟SGR J1935+2154大致相符，因此，FRB 200428很可能起源于銀河系內的這顆磁星，但還需要更多的觀測證據加以確認。

2020年4月中旬，SGR J1935+2154進入了一個新的活躍期，開始出現頻繁的X射線暴發。

在這種情況下，慧眼衛星調整了既定的觀測計劃，對這顆磁星進行了長時間定點觀測。在FRB 200428之前約8.6秒，慧眼衛星探測到了來自這顆磁星方向的一個極亮的X射線暴發，它同時也被歐洲的INTEGRAL衛星、俄羅斯的KONUS-WIND探測器和意大利的AGILE衛星監測到。

這個時間差別正好與恒星際物質對射電信號的延遲相當，說明X射線暴和快速射電暴起源于同一次爆發。此外，慧眼衛星基于獨特的準直器設計，對X射線暴進行了高精度定位，從而證明了該X射線暴和快速射電暴都來自這顆磁星。

這是人類首次確認快速射電暴的起源天體，也是首個起源于銀河系內的快速射電暴。對于理解快速射電暴的物理本質，這是一個重要的里程碑。

張雙南表示，跟其它高能天文衛星的觀測數據相比，慧眼衛星對FRB 200428的觀測數據統計性最好、能區覆蓋最寬，提供了最為豐富、精細的時變和能譜信息。慧眼衛星還是國際上獨立定位了該X射線暴的兩顆天文衛星之一，定位精度遠遠高于探測到FRB 200428的兩個射電望遠鏡的精度。

在這個X射線暴發的光變曲線中，慧眼衛星探測到兩個X射線脈沖跟快速射電暴的兩個峰在時間上高度吻合，該結果后來也被其它衛星的數據所證實。慧眼衛星還是唯一給出了暴發期間X射線能譜詳細演化的設備，發現該X射線暴峰值處的X射線能譜和其它時間段暴的能譜顯著不同，同時也與絕大多數的磁星X射線暴明顯不同。這些結果對于理解快速射電暴的產生機制至關重要。

“總而言之，慧眼衛星發現了，該X射線暴來自于磁星SGR J1935+2154;該X射線暴的兩個X射線脈沖是該快速射電暴的高能對應體;該X射線暴的能譜十分特殊。”張雙南強調，因此，慧眼衛星證認了快速射電暴的磁星起源。

同時，這次對該磁星和快速射電暴的觀測，也體現了慧眼衛星作為空間天文臺的強大科學能力。(陸成寬)