實(shí)施“多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)巡天”優(yōu)先重大項(xiàng)目

“中國(guó)天眼”有了新發(fā)現(xiàn)（科技視點(diǎn)）

本報(bào)記者吳月輝

“中國(guó)天眼”全景。

新華社記者 歐東衢攝

技術(shù)人員對(duì)“中國(guó)天眼”的饋源艙進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

新華社記者 歐東衢攝

近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員李菂領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，通過(guò)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（“中國(guó)天眼”）的“多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)巡天”優(yōu)先重大項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)了迄今為止唯一一例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴“FRB20190520B”。

快速射電暴是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，在1毫秒的時(shí)間內(nèi)釋放出太陽(yáng)大約一整年才能輻射出的能量。李菂說(shuō)：“這個(gè)發(fā)現(xiàn)揭示了活躍重復(fù)暴周邊的復(fù)雜環(huán)境有類似超亮超新星爆炸的特征，挑戰(zhàn)了對(duì)快速射電暴色散分析的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，為構(gòu)建快速射電暴的演化模型、理解這一劇烈的宇宙神秘現(xiàn)象打下了基礎(chǔ)。”

該成果于北京時(shí)間2022年6月9日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志發(fā)表。

“中國(guó)天眼”在幾年前就開(kāi)展了快速射電暴的搜尋工作

快速射電暴的研究歷程并不長(zhǎng)，2007年首次確定了它的存在，2016年探測(cè)到第一例重復(fù)爆發(fā)的快速射電暴，打破了人們對(duì)快速射電暴的傳統(tǒng)認(rèn)知，目前該領(lǐng)域已成為天文學(xué)最新研究熱點(diǎn)之一。全球已公布了近500例快速射電暴，僅不到10例有活躍爆發(fā)（即在其窗口期內(nèi)頻繁爆發(fā)）。此前并未發(fā)現(xiàn)存在持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴。

作為世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，“中國(guó)天眼”在幾年前就開(kāi)展了快速射電暴的搜尋工作。2020年，“多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)巡天”優(yōu)先重大項(xiàng)目公布了基于調(diào)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的四例新的非重復(fù)快速射電暴，這幾例快速射電暴是“中國(guó)天眼”首批發(fā)現(xiàn)的快速射電暴，填補(bǔ)了快速射電暴在高色散低流量通量的樣本空白。

2019年5月20日，一例重復(fù)快速射電暴被探測(cè)到，依據(jù)慣例，論文第一作者、國(guó)家天文臺(tái)青年學(xué)者牛晨輝用探測(cè)日期來(lái)命名快速射電暴，稱為“FRB20190520B”。

牛晨輝說(shuō)：“在最初被探測(cè)到時(shí)，這一快速射電暴就表現(xiàn)出活躍的跡象。我們?cè)谕粋€(gè)波束掃過(guò)的10秒鐘內(nèi)，看到了3次爆發(fā)，而20秒后，另外一個(gè)波束掃到相鄰位置時(shí)又探測(cè)到1次爆發(fā)。”

根據(jù)“中國(guó)天眼”漂移掃描中最開(kāi)始發(fā)現(xiàn)的4次爆發(fā)的時(shí)間及望遠(yuǎn)鏡指向，科研人員將爆發(fā)區(qū)域縮小到了5角分的范圍內(nèi)，而這也為后續(xù)利用干涉陣列跟蹤提供了相對(duì)精確可靠的位置信息。

據(jù)了解，“多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)巡天”優(yōu)先重大項(xiàng)目由李菂負(fù)責(zé)，快速射電暴的搜尋工作是該項(xiàng)目中的一個(gè)重要方向。國(guó)家天文臺(tái)研究員朱煒瑋負(fù)責(zé)的“中國(guó)天眼”另一優(yōu)先重大項(xiàng)目“快速射電暴巡天”為“FRB20190520B”的后隨觀測(cè)提供了重要支撐。

持續(xù)射電源的發(fā)現(xiàn)，為揭示這一快速射電暴的起源提供了重要線索

為了獲取這一快速射電暴更精確的位置，從而找出其宿主星系，科研團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)了美國(guó)甚大陣列的觀測(cè)，于2020年7月20日開(kāi)始對(duì)“FRB20190520B”的搜尋觀測(cè)。

牛晨輝說(shuō)：“由于‘中國(guó)天眼’提供的位置相對(duì)精確以及‘FRB20190520B’非?；钴S，我們?cè)诘谝淮蔚拿绹?guó)甚大陣列觀測(cè)中就探測(cè)到了來(lái)自‘FRB20190520B’的爆發(fā)，并將該源的位置限制在了亞角秒的范圍內(nèi)。”

更令人興奮的是，他們?cè)诳焖偕潆姳┏蓞f(xié)的位置，發(fā)現(xiàn)了一顆致密的持續(xù)射電源的存在，這是繼首例重復(fù)暴“FRB20121102A”后，第二例探測(cè)到伴隨有致密持續(xù)射電源的快速射電暴。

然而，這個(gè)持續(xù)射電源的對(duì)應(yīng)體究竟是什么還未知，可能是活動(dòng)星系核，也可能是超新星爆炸遺跡的輻射。牛晨輝說(shuō)：“不管怎樣，持續(xù)射電源的發(fā)現(xiàn)，為揭示這一快速射電暴的起源提供了重要線索。”

有了角秒級(jí)的定位，科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)搜尋存檔的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)，找到了這一快速射電暴的宿主星系，并馬上組織了對(duì)宿主星系的光學(xué)后隨觀測(cè)。通過(guò)美國(guó)帕洛瑪200英寸望遠(yuǎn)鏡和凱克望遠(yuǎn)鏡，他們分別得到了兩組光譜。分析發(fā)現(xiàn)，這兩組光譜數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出一致的結(jié)果：“FRB20190520B”的宿主星系是一個(gè)紅移0.241的矮星系，距離地球33億光年。

“中國(guó)天眼”的“多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)巡天”優(yōu)先重大項(xiàng)目迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少6例新快速射電暴

此次“中國(guó)天眼”發(fā)現(xiàn)的首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴與美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡2016年發(fā)現(xiàn)的首例重復(fù)暴“FRB20121102A”非常相似。“FRB20121102A”是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)快速射電暴重復(fù)暴和第一個(gè)被定位的快速射電暴，也是此前唯一被確認(rèn)有致密射電源對(duì)應(yīng)體的快速射電暴。

李菂說(shuō)：“二者都極為活躍，都擁有復(fù)雜的電磁環(huán)境，而‘FRB20190520B’各方面的特征都更為極端。例如，‘FRB20121102A’存在爆發(fā)活躍期，但是‘FRB20190520B’從未停止爆發(fā)，目前‘中國(guó)天眼’已經(jīng)探測(cè)到了后者幾百次爆發(fā)。”

本研究發(fā)現(xiàn)的初步結(jié)果公布后，引起了國(guó)際天文界的廣泛關(guān)注，這一重要發(fā)現(xiàn)已經(jīng)催生數(shù)篇?jiǎng)?chuàng)新模型文章，例如散射時(shí)標(biāo)模型、超新星爆炸解釋等。

綜合“中國(guó)天眼”的近期觀測(cè)數(shù)據(jù)，“FRB20121102A”和“FRB20190520B”很可能處在快速射電暴初生階段。

李菂說(shuō)：“‘中國(guó)天眼’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。”

快速射電暴領(lǐng)域創(chuàng)始人鄧肯·洛里默對(duì)此評(píng)價(jià)說(shuō)：“基于‘FRB20190520B’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(lái)幾年內(nèi)，我們能夠撥開(kāi)快速射電暴神秘的面紗。”

據(jù)悉，“中國(guó)天眼”的“多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)巡天”優(yōu)先重大項(xiàng)目迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少6例新快速射電暴，正在為揭示宇宙中這一神秘現(xiàn)象的機(jī)制、推進(jìn)天文學(xué)這一全新領(lǐng)域的研究做出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。

延伸閱讀

“中國(guó)天眼”正式驗(yàn)收至今已兩年多，運(yùn)行效率和質(zhì)量不斷提高，年觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)5300小時(shí)，并取得了一批重要科研成果。

除了在發(fā)現(xiàn)快速射電暴方面的成果，我國(guó)科學(xué)家還利用“中國(guó)天眼”，為解決恒星形成三大經(jīng)典問(wèn)題之一的“磁通量問(wèn)題”提供了重要的觀測(cè)證據(jù)。

脈沖星能夠發(fā)射出高度周期性的脈沖，周期在毫秒到幾十秒之間。被稱為“毫秒脈沖星”的短周期脈沖星，其周期的長(zhǎng)期穩(wěn)定度可以與地球上最好的原子鐘相媲美。因此，發(fā)現(xiàn)脈沖星是國(guó)際大型射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的主要科學(xué)目標(biāo)之一。截至目前，“中國(guó)天眼”共發(fā)現(xiàn)約500顆脈沖星，成為自運(yùn)行以來(lái)世界上發(fā)現(xiàn)脈沖星效率最高的設(shè)備。

隨著性能的提升，“中國(guó)天眼”的科學(xué)潛力還將進(jìn)一步顯現(xiàn)。未來(lái)，“中國(guó)天眼”還將搜尋發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星，希望能看到更遙遠(yuǎn)的銀河系外的脈沖星，同時(shí)繼續(xù)巡視宇宙中的中性氫，幫助科學(xué)家研究各尺度宇宙，以探索宇宙起源和演化等重要科學(xué)問(wèn)題。

《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2022年06月13日 19 版）

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