距離地球30億光年！中國(guó)天眼發(fā)現(xiàn)首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴

位于貴州的那口“大鍋”，最近又燉出了一鍋“好菜”。

6月9日，《自然》發(fā)表了一項(xiàng)快速射電暴方面的研究成果。在中國(guó)天眼(FAST)的加持下，中科院國(guó)家天文臺(tái)等單位的研究人員發(fā)現(xiàn)了全球首例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴 FRB 20190520B。

這一發(fā)現(xiàn)引起天文學(xué)家的廣泛興趣。用中國(guó)天眼首席科學(xué)家、中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員李菂的話說，“FRB 20190520B有著非常奇特的特性，在國(guó)際天文界引起了廣泛關(guān)注，開啟了一個(gè)新的熱點(diǎn)研究方向。”

它的家在距離我們30億光年的矮星系

快速射電暴(FRB)是宇宙中一類神秘的爆發(fā)現(xiàn)象，可以在一毫秒內(nèi)爆發(fā)出大約太陽一年才能輻射出的能量。2007年被發(fā)現(xiàn)以來，快速射電暴一直是天文學(xué)最前沿的研究方向之一。

時(shí)間回到2019年。那時(shí)，論文第一作者、國(guó)家天文臺(tái)牛晨輝博士在處理FAST觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，5月20日的數(shù)據(jù)存在重復(fù)的高色散脈沖。“當(dāng)時(shí)很激動(dòng)，我們很快排除了這是脈沖星和射電干擾，確定了該脈沖來自一個(gè)新的快速射電暴。”牛晨輝說。依照國(guó)際慣例，該快速射電暴被以探測(cè)日期命名為FRB 20190520B。

在后續(xù)觀測(cè)中，研究人員發(fā)現(xiàn)FRB 20190520B并不像其他快速射電暴閃爍一次便神龍見首不見尾，而是持續(xù)活躍，一直在閃耀。

為找到這一快速射電暴的家，也就是其宿主星系，研究人員邀請(qǐng)了美國(guó)甚大陣列望遠(yuǎn)鏡(VLA)加入觀測(cè)。

由于FAST提供的位置相對(duì)精確以及FRB 20190520B非常活躍，研究人員在第一次的VLA觀測(cè)中就探測(cè)到了來自FRB 20190520B的爆發(fā)，并發(fā)現(xiàn)了一顆與之對(duì)應(yīng)的致密的持續(xù)射電源。

“這是第二例探測(cè)到伴隨有致密射電持續(xù)源的快速射電暴。”牛晨輝強(qiáng)調(diào)。但是，這個(gè)射電持續(xù)源的對(duì)應(yīng)體究竟是什么，研究人員依然未知。

隨后，經(jīng)研究人員邀請(qǐng)，美國(guó)帕洛瑪望遠(yuǎn)鏡和凱克望遠(yuǎn)鏡、加拿大-法國(guó)-夏威夷望遠(yuǎn)鏡和日本斯巴魯近紅外光學(xué)望遠(yuǎn)鏡也加入觀測(cè)行列。

“在綜合分析觀測(cè)數(shù)據(jù)后，我們確定FRB 20190520B的‘家’是一個(gè)距離我們30億光年的貧金屬矮星系。”牛晨輝說道。

有望建立全新的快速射電暴演化圖景

在得到宿主星系的信息后，研究人員推算出，F(xiàn)RB 20190520B宿主星系貢獻(xiàn)的色散值非常大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其他已知快速射電暴的對(duì)應(yīng)值。

“色散是電磁波信號(hào)在介質(zhì)中傳播時(shí)，與傳播路徑中的介質(zhì)相互作用，造成信號(hào)的高頻成分比低頻成分傳播快的現(xiàn)象。色散能夠記錄快速射電暴在傳播時(shí)走過的路。”牛晨輝解釋說，宿主星系貢獻(xiàn)的色散值非常大，意味著FRB 20190520B爆發(fā)源附近的電子密度很高、電磁環(huán)境非常復(fù)雜。

另外，此次FAST發(fā)現(xiàn)的FRB 20190520B與美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡2016年發(fā)現(xiàn)的FRB 20121102A非常相似。二者都極為活躍，都擁有復(fù)雜的電磁環(huán)境。

更重要的是，F(xiàn)RB 20190520B各方面的特征都更為極端。比如，F(xiàn)RB 20121102A只是存在爆發(fā)活躍期，但是FRB 20190520B從未停止爆發(fā)，目前FAST已經(jīng)探測(cè)到了幾百次FRB 20190520B爆發(fā);同時(shí)，F(xiàn)RB 20190520B的局部電子密度分布更加復(fù)雜。

牛晨輝表示，綜合FAST的近期觀測(cè)數(shù)據(jù)，F(xiàn)RB 20121102A和FRB 20190520B很可能代表了快速射電暴的演化早期階段，有望揭開快速射電暴起源的神秘面紗。

對(duì)此，快速射電暴領(lǐng)域創(chuàng)始人鄧肯·洛里默評(píng)價(jià)說：“基于FRB 20190520B這些特征及其持續(xù)射電源的存在，我認(rèn)為快速射電暴可能有不同的分類。隨著快速射電暴樣本的持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)未來幾年內(nèi)，我們能夠撥開快速射電暴神秘的面紗。”

在李菂看來，未來FAST的持續(xù)觀測(cè)，特別是執(zhí)行“快速射電暴巡天”優(yōu)先重大項(xiàng)目，有望建立全新的快速射電暴演化圖景。(陸成寬)