3 月 18 日，“中國天眼” FAST 相關(guān)論文再發(fā)?Science益愈。審稿人表示該成果“激動(dòng)人心”扣囊，并“對(duì)理解快速射電暴有著巨大幫助”。
據(jù)悉排龄，該工作由之江實(shí)驗(yàn)室和國家天文臺(tái)等國內(nèi)外團(tuán)隊(duì)聯(lián)合完成波势，他們觀察并計(jì)算出快速射電暴（Fast Radio Burst，F(xiàn)RB）的起源證據(jù)橄维。期間對(duì) 5 個(gè)快速射電暴加以測(cè)量尺铣，并對(duì)國際最新成果進(jìn)行總結(jié)，最終獲得 21 個(gè)快速射電暴樣本争舞。這些樣本中的重復(fù)快速射電暴凛忿，均滿足此次提出的相關(guān)理論解釋。
作為一種能量極強(qiáng)的射電波段的電磁波爆發(fā)竞川，快速射電暴的電磁波波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)分別包括：伽馬射線店溢、X 射線、紫外線委乌、可見光床牧、紅外線、微波遭贸、無線電波等戈咳。其中，射電波段主要包含無線電波壕吹、微波著蛙，頻率在 30MHz-300GHz。
作為一種全新的天體物理現(xiàn)象耳贬，對(duì)于快速射電暴的產(chǎn)生原因踏堡，此前已有多種解釋，但沒有一種得到普遍公認(rèn)咒劲∏牦。可以說，精確測(cè)量快速射電暴偏振性質(zhì)（偏振指的是橫波振動(dòng)矢量腐魂、偏于某些方向的現(xiàn)象）帐偎，將極大幫助我們理解快速射電暴環(huán)境和其起源。如能弄清其產(chǎn)生機(jī)制挤渔，或?qū)ξ锢韺W(xué)和天文學(xué)產(chǎn)生革命性影響肮街。
據(jù)悉，通過智能計(jì)算即可深度挖掘 FAST 高時(shí)頻的宇宙信號(hào)采樣數(shù)據(jù)判导，從而探測(cè)迄今為止世界最短時(shí)標(biāo)的天體輻射現(xiàn)象嫉父，進(jìn)而探索宇宙的“時(shí)間前沿”無人區(qū)沛硅，最終明確并理解 FRB 起源。
在該研究中绕辖，科學(xué)家借助 FAST 的高靈敏度優(yōu)勢(shì)摇肌、以及快速射電暴的豐富觀測(cè)資源，為構(gòu)建完整的快速射電暴起源模型奠定了重要觀測(cè)基礎(chǔ)仪际。
相關(guān)論文題為《重復(fù)快速射電暴的偏振頻率關(guān)系對(duì)其起源的揭示》（Frequency-dependent polarization of repeating fast radio bursts-implications for their origin）围小，之江實(shí)驗(yàn)室智能計(jì)算平臺(tái)研究中心的馮毅擔(dān)任論文第一作者。
故事從“遙遠(yuǎn)的爆發(fā)”講起
該研究的大背景要從 2007 年說起树碱。當(dāng)年肯适，射電天文學(xué)家、西維吉尼亞大學(xué)物理與天文學(xué)系教授鄧肯·洛里默（Duncan Lorimer）和團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)快速射電暴之后成榜。自此框舔，該天體物理現(xiàn)象便成為天文學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
快速射電暴赎婚，指的是發(fā)生在遙遠(yuǎn)宇宙中的無線電波大爆發(fā)刘绣，盡管持續(xù)時(shí)間僅有幾毫秒，卻能產(chǎn)生等同于太陽在一整天內(nèi)釋放的能量挣输。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)纬凤，一些快速射電暴會(huì)重復(fù)爆發(fā)。
而之江實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)此次利用偏振頻率演化關(guān)系撩嚼，研究了快速射電暴的周邊環(huán)境停士，并首次提出能解釋重復(fù)快速射電暴偏振頻率演化的統(tǒng)一機(jī)制，為區(qū)分重復(fù)快速射電暴起源的眾多理論模型绢馍，提供了關(guān)鍵性觀測(cè)證據(jù)向瓷。論文指出肠套，重復(fù)快速射電暴處于類似超新星遺跡的復(fù)雜環(huán)境中舰涌。
那么，什么是超新星遺跡你稚？它指的是在演化臨近尾聲時(shí)瓷耙，部分恒星所經(jīng)歷的一種劇烈爆炸。爆炸所發(fā)的光芒超級(jí)明亮刁赖，這到底能有多亮搁痛？據(jù)悉，期間突然發(fā)生的電磁輻射往往能照亮恒星所在的整個(gè)星系宇弛，并且有時(shí)持續(xù)數(shù)周鸡典、乃至數(shù)月才會(huì)漸漸衰減。
過程中枪芒，僅一顆超新星所釋放的輻射能量彻况，就和太陽一生所輻射能量的總和相當(dāng)谁尸。通過爆炸，恒星能以高至十分之一光速的速度纽甘，把幾乎所有物質(zhì)向外拋散良蛮，還會(huì)把激波輻射到周圍星際物質(zhì)上。在激波的作用下會(huì)形成超新星遺跡悍赢，結(jié)構(gòu)上呈殼狀决瞳，由膨脹氣體和塵埃構(gòu)成。
在超新星遺跡外殼內(nèi)左权，人們發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)星云：脈沖星風(fēng)云皮胡，它由中央脈沖星產(chǎn)生的風(fēng)驅(qū)動(dòng)著。作為高速轉(zhuǎn)動(dòng)的強(qiáng)磁場(chǎng)中子星赏迟，脈沖星風(fēng)云誕生于大質(zhì)量恒星壽命晚期發(fā)生超新星爆發(fā)之時(shí)胸囱，其半徑僅有大約 10 千米，典型磁場(chǎng)約為一萬億高斯瀑梗，約為地球磁場(chǎng)的兩萬億倍烹笔。
此前，對(duì)于宇宙深處的“神秘信號(hào)”起源抛丽，學(xué)界已有諸多理論推測(cè)——磁星巨耀發(fā)谤职、脈沖星的巨脈沖、中子星穿越小行星帶亿鲜、雙黑洞并合……由于這些天體活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生巨大能量允蜈，故均被認(rèn)為是快速射電暴的可能起源。
要想找到宇宙深處的快速射電暴源頭并不容易，馮毅表示垒探，基于現(xiàn)有的天文設(shè)備條件妓蛮，銀河系外的起源細(xì)節(jié)很難被直接觀測(cè)到。
原因在于圾叼，大多數(shù)快速射電暴只在射電波段有信號(hào)蛤克，這意味著無法通過多波段的觀測(cè)去獲取額外信息。而過去的研究方法夷蚊，是以“守株待兔”的方式去確認(rèn)對(duì)應(yīng)體构挤，但是鑒于距離過于遙遠(yuǎn)，就算探測(cè)到爆發(fā)也很難明確快速射電暴的基礎(chǔ)物理機(jī)制惕鼓。
“中國天眼” FAST 和美國綠岸望遠(yuǎn)鏡齊“上陣”
當(dāng)快速射電暴信號(hào)在傳播時(shí)筋现，周邊星際介質(zhì)會(huì)影響到偏振這一特征，這時(shí)就能借助分析快速射電暴的偏振等特征，去對(duì)它的輻射機(jī)制做以限制矾飞，從而推測(cè)它所穿過的介質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度彻犁、以及電子數(shù)密度等信息。
定下解決思路之后凰慈，就得落實(shí)到實(shí)驗(yàn)汞幢。隨后，該團(tuán)隊(duì)利用射電望遠(yuǎn)鏡“中國天眼” FAST 和美國 GBT（Green Bank Telescope微谓，綠岸望遠(yuǎn)鏡）森篷，去分析重復(fù)快速射電暴脈沖的偏振特征。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)豺型，當(dāng)重復(fù)快速射電暴具備樣本集中的特點(diǎn)時(shí)仲智，均表現(xiàn)出低頻線的偏振度低、高頻線的偏振度高的特征姻氨。這一頻率演化關(guān)系證明：樣本集中的快速射電暴暴源所處環(huán)境非常復(fù)雜钓辆，兼具極強(qiáng)的磁場(chǎng)和極高的電子數(shù)密度，而這和超新星遺跡肴焊、以及脈沖星風(fēng)云的環(huán)境特征恰好吻合前联。這意味著，超新星遺跡和脈沖星風(fēng)云等環(huán)境中娶眷，極有可能存在快速射電暴似嗤。
如上圖所示，重復(fù)暴的線偏振度呈現(xiàn)出隨頻率降低而降低的趨勢(shì)豌注。對(duì)于該頻率演化關(guān)系伤塌，可通過單一參數(shù)“RM 彌散（σRM）”對(duì)其進(jìn)行量化描述。通過描述結(jié)果轧铁，研究人員排除了通道內(nèi)混淆模型每聪、以及基于輻射區(qū)磁層高度變化的脈沖星偏振內(nèi)稟頻率演化模型等其他解釋。
基于此属桦，該團(tuán)隊(duì)與云南大學(xué)中國西南天文研究所楊元培教授熊痴、美國普林斯頓大學(xué)天體物理科學(xué)系魯文賓博士他爸、美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)物理與天文學(xué)系張冰教授等人聂宾，合作構(gòu)建出基于多路徑散射的介質(zhì)模型，借此對(duì)輻射區(qū)的空間尺度诊笤、密度漲落系谐、磁場(chǎng)構(gòu)型等重要物理性質(zhì)做以進(jìn)一步約束。
1652 個(gè)爆發(fā)和 100% 線偏振
馮毅表示，該成果的產(chǎn)生基于該團(tuán)隊(duì)對(duì)快速射電暴偏振性質(zhì)的長(zhǎng)期研究纪他。2019 年鄙煤，F(xiàn)AST 在 60 小時(shí)內(nèi)探測(cè)到重復(fù)快速射電暴 FRB121102 的 1652 個(gè)爆發(fā)，這時(shí)該團(tuán)隊(duì)對(duì)其偏振做以分析茶袒。但是梯刚，非常奇怪的事情發(fā)生了，他測(cè)量的 FRB121102 的線偏振是 0薪寓，但是在更高的頻段亡资，F(xiàn)RB121102 的線偏振是 100%，這種程度的躍變很難用常理解釋向叉。
一般而言锥腻，天文學(xué)中物理量的變化都是連續(xù)的，很難發(fā)生這種突然的從無到有的變化母谎。這種變化引起了該團(tuán)隊(duì)注意瘦黑，而這也成為此次研究的開端。
由于在更早之前奇唤，馮毅等人已經(jīng)完成偏振校準(zhǔn)幸斥，因此斷定上述 FRB121102 的測(cè)量結(jié)果是正確的。同時(shí)咬扇，隨著觀測(cè)數(shù)據(jù)和論文的增多睡毒，越來越多的快速射電暴偏振被測(cè)量出來。
2020 年冗栗，F(xiàn)AST 對(duì)于 FRB20180301A 的偏振測(cè)量的相關(guān)論文發(fā)表在?Nature?上演顾，盡管沒有 FRB121102 從 100 到 0 的這種躍變，但是 FRB20180301A 也呈現(xiàn)出高頻線的偏振度高隅居、低頻線的偏振度低的特征钠至。
于是，研究人員開始猜測(cè)胎源，這可能是重復(fù)暴的普遍規(guī)律棉钧，并嘗試用理論去解釋這該現(xiàn)象。后來涕蚤，馮毅用本次?Science?論文中提出的理論去擬合觀測(cè)到的數(shù)據(jù)宪卿，發(fā)現(xiàn)吻合得非常好，猜想有較高可能性是正確的万栅。
基于此佑钾，該團(tuán)隊(duì)預(yù)言重復(fù)暴 FRB20190303A 的 FAST 的波段應(yīng)該是 100% 的線偏振。四個(gè)月后烦粒，他們利用 FAST 測(cè)量了 FRB20190303A 的偏振休溶，發(fā)現(xiàn)果然是 100%代赁。“這一結(jié)果讓我們猜想的正確性大為提高兽掰“虐”馮毅表示。
可在兩三年內(nèi)揭示 FRB 起源等關(guān)鍵問題
據(jù)介紹孽尽，馮毅本科畢業(yè)于清華大學(xué)物理系窖壕，博士畢業(yè)于中國科學(xué)院大學(xué)。其長(zhǎng)期從事天體物理領(lǐng)域的科研杉女，主要研究方向包括：快速射電暴艇拍、引力波、脈沖星宠纯、恒星形成等卸夕。
2021 年，馮毅正式加入之江實(shí)驗(yàn)室婆瓜，擔(dān)任智能計(jì)算平臺(tái)研究中心研究專家快集，為之江實(shí)驗(yàn)室科研攻關(guān)項(xiàng)目“天文大數(shù)據(jù)智能計(jì)算與服務(wù)平臺(tái)”子課題負(fù)責(zé)人。
據(jù)悉廉白，該項(xiàng)目依托國家大科學(xué)裝置“中國天眼” FAST个初，利用 FAST 歷史最強(qiáng)絕對(duì)靈敏度，對(duì)射電觀測(cè)數(shù)據(jù)做以深度挖掘和智能挖掘猴蹂，以期引領(lǐng)全球宇宙 “時(shí)間前沿”瞬變天體物理的研究院溺，同時(shí)構(gòu)建天文大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，服務(wù)國內(nèi)國際天文學(xué)研究磅轻。
另據(jù)悉珍逸，之江實(shí)驗(yàn)室正研究打造基于 FAST 的天文智能計(jì)算平臺(tái)，將結(jié)合智能計(jì)算和 AI 技術(shù)聋溜，以加速天文研究谆膳。
馮毅表示，后續(xù)結(jié)合 FAST 的持續(xù)深度監(jiān)測(cè)和其他先進(jìn)設(shè)備撮躁，或可在兩三年內(nèi)揭示 FRB 起源等關(guān)鍵問題漱病，比如重復(fù)暴和非重復(fù)暴是否有統(tǒng)一的起源。
