我国射电望远镜破解宇宙快速射电暴起源之谜 首次捕获双星系统关键观测证据

快速射电暴持续时间仅数毫秒,却能在瞬间释放极为强烈的射电能量,是当代天体物理学的重要未解之谜之一。

自2007年首次被发现以来,学界围绕其产生机制提出多种模型,其中“与中子星等致密天体相关”已成普遍共识;而部分重复暴呈现的周期性特征,又进一步提示其可能并非孤立天体,而是处于双星系统之中。

然而,长期以来这一推断缺乏能够直接指向“轨道环境变化”的关键观测量,使得争论难以定论。

此次进展的突破口,来自对“法拉第旋转量”的精细追踪。

法拉第旋转量反映射电信号在传播路径上所经历等离子体密度与磁场强度的综合效应,可被视作刻画天体周边磁环境与物质环境变化的敏感指标。

研究团队利用FAST的高灵敏度优势,对重复快速射电暴FRB 20220529开展两年多持续监测,发现其法拉第旋转量在较长时间内仅小幅波动,但在2023年12月出现“陡升—回落”的异常演化:该指标短期内跃升至常态变化水平的约20倍,并在两周左右迅速下降,回到原有波动区间。

类似“急剧飙升后回落”的清晰过程,在已有快速射电暴观测记录中尚属首次。

这一现象为何重要?

核心在于它提供了“环境快速剧变”的直接证据。

若将FRB 20220529解释为一颗孤立中子星的活动,现有理论难以自然地产生如此幅度、如此短时标的磁环境突变;而在双星系统框架下,伴星活动(如强烈星风、星冕物质抛射等)或特定轨道几何结构,则可以在天体运行过程中周期性或阶段性改变传播路径上的等离子体与磁场条件,从而更合理地解释法拉第旋转量的跃变与回落。

研究团队在数据分析、模型比对与物理解释基础上,给出FRB 20220529更可能起源于双星系统的判断,由此为“快速射电暴双星起源”假说补上关键一环。

从影响看,这一发现不仅有助于缩小快速射电暴起源机制的模型空间,也为后续观测策略提供了明确方向:一方面,应加强对重复暴的长期连续监测,捕捉类似“跃变窗口”,从时间序列上构建源周环境的变化图谱;另一方面,可将法拉第旋转量与爆发活动、偏振特征、频率结构等多维信息联合分析,提高对伴星风场、磁层相互作用等物理过程的约束能力。

更进一步,如果能在更多源上发现可重复验证的环境突变特征,将有望把“猜测”变为“统计意义上的规律”,推动快速射电暴从“现象发现”走向“机制定量”。

支撑这一系列工作的,是重大科技基础设施稳定运行与开放共享的制度安排。

FAST自通过国家验收以来保持高效运行,观测时长与数据产出持续增长,面向国内外用户开放的机制也在不断完善。

开放共享不仅扩大了科学问题的覆盖面,也形成了多学科、多团队协同攻关的科研生态,使得对快速射电暴这类“偶发但信息密集”的宇宙现象,能够实现更高频、更高质量的数据积累与快速响应。

面向前景,快速射电暴研究正从“发现更多源”转向“理解源的物理图景”。

随着FAST持续释放观测能力,并与国内外其他望远镜、相关探测手段形成互补,未来有望在双星参数、伴星类型、轨道周期、环境物质分布等方面获得更强约束,进而回答“哪些双星能产生重复暴”“为何不同源表现差异巨大”等更深层问题。

快速射电暴也可能进一步成为研究极端磁场、致密天体物理与星周介质结构的“天然实验室”,在更广阔的宇宙尺度上提供新的测量工具与理论检验场。

从脉冲星计时阵到快速射电暴研究,FAST正在不断拓展人类认知宇宙的边界。

这项突破不仅彰显我国大科学装置的创新效能,更启示我们:在探索宇宙奥秘的征程中,持续的基础设施投入与开放的科研生态,正是孕育重大原创发现的沃土。

随着更多观测数据的积累,中国科学家有望在破解宇宙极端现象之谜方面作出更大贡献。