中科院发现首例持续活跃重复快速射电暴

FAST与“520”一眼万年的邂逅

FAST望远镜与美国甚大阵列望远镜合成图，上图为美国甚大阵列望远镜阵列，下图为FAST。国家天文台供图

■本报记者 甘晓

在中国科学院国家天文台（以下简称国家天文台）研究员李菂研究组里，“90后”博士后牛晨辉的外号是“巨星”，当初得名仅仅是因为他在一张合照里显得格外高大魁梧。

而在寻找快速射电暴（FRB）的征途上，牛晨辉正奋力朝着名副其实的“巨星”努力。

北京时间6月9日，李菂领导的国际团队在《自然》发表文章，报道了他们在“中国天眼”FAST（500米口径球面射电望远镜）的帮助下，发现了迄今为止唯一一例持续活跃的重复快速射电暴，并将其命名为“FRB 20190520B”。后续多台国际设备天地协同观测，将它的“家乡”锁定在一个距离地球30亿光年的贫金属矮星系。牛晨辉正是该论文的第一作者。

作为世界上最大的单口径望远镜，FAST在“多科学目标同时巡天（CRAFTS）”优先重大项目支持下，开展快速射电暴搜寻，已经发现至少6例新FRB，为揭示宇宙中这一神秘现象的机制、推进天文学这一全新领域的研究作出独特的贡献。

在中国科学院6月7日举行的新闻发布会上，回首FAST过去20多年的建设史，国家天文台FAST运行和发展中心常务副主任、总工程师姜鹏倍感欣慰。他打趣说：“当时的艰辛一度让人对未来产生迷茫。早知道FAST能有这么多收获，我们或许会更加卖力！”

再也不见的“眨眼”

快速射电暴是宇宙中最明亮的射电爆发现象，2007年才被首次发现。其可以拆分成“快速”“射电”“暴”三个部分来理解。其中，“快速”意指爆发持续时间非常短。“人一眨眼的工夫大约300毫秒，FRB持续的时间是1毫秒，比眨眼瞬间还要快许多。”牛晨辉介绍说。

而“射电”意指所在的电磁波波段；“暴”意指剧烈爆发现象，不用1毫秒就能释放太阳大约一整年辐射出的能量。

那么问题来了，究竟是什么东西能在比“眨眼”还短的瞬间爆发出如此高的能量？是外星人发来的信号吗？对此，李菂的看法是，“目前科学上已知的证据并没有支持FRB起源于外星人这样的‘超自然’现象，科学家认为FRB可能起源于中子星或矮星系”。

很长时间以来，同一个FRB往往只能被探测到一次，好比宇宙深处每一次的“暗送秋波”转瞬即逝，再也不出现，自然也看不清、找不到那个“眨眼睛的人”——“再见，再也不见”。

直到2016年，一次重复的“眨眼”才被美国阿雷西博望远镜探测到，它被命名为FRB 20121102A。随着观测设备不断升级，全球公布了近500例FRB，只有不到10例有活跃爆发。但即使是重复爆发的FRB也有其窗口期，一旦窗口期过去，它又躲进茫茫黑暗中。科学家所期待的那些一直“眨眼”的持续活跃的重复快速射电暴，久久没有出现。

20秒4次 “一眼”万年

转机发生在2019年5月20日的夜里，矗立在贵州平塘一隅的FAST一如既往仰望苍穹。500米的大口径让它具有探测电磁波的高灵敏度，尽力倾听宇宙的声音。“嘀，嘀，嘀……”一个波束扫过的10秒内，FAST看到了3次“眨眼”。20秒后，另外一个波束扫到相邻位置时又探测到1次“眨眼”。

牛晨辉在庞杂的数据中发现了20秒内的4次脉冲信号，他感到又惊又喜：又一个重复的FRB？！随即，科研工作者的理智让他冷静下来，在排除脉冲星和射电干扰后，他才确定该脉冲的确来自于一个新的FRB，并按照用探测日期命名的惯例，将其命名为FRB 20190520B。

在后续观测中，他和同事们又发现新的惊喜，FRB 20190520B不仅是重复的，还是没有爆发窗口的持续活跃的快速射电暴。最新发表的这篇论文中，他们确认，这是世界首例持续活跃的重复快速射电暴。

“20190520，依旧520。”平时科研中相当严谨的牛晨辉感到一种无法用语言表达的奇妙缘分。“它的持续活跃，似乎是在那次‘一眼万年’的邂逅之后，和FAST演绎着一场永久的爱情。”

30亿光年外“寻家”

科研工作没有止步于浪漫的想象中。科研人员迅速开展了对这一特别FRB的全方位探索。

为了精确定位它的“家乡”，李菂研究团队发起了国际合作。团队通过与美国甚大阵列望远镜、美国帕洛玛200英寸望远镜和凯克望远镜、加拿大—法国—夏威夷望远镜和日本斯巴鲁近红外光学望远镜等合作，确定了其“宿主星系”是距离地球30亿光年的贫金属的矮星系。

李菂强调，“虽然全球各地的望远镜由不同国家投资建设，但我们面对的是同一片天空，天文学是全人类的共同追求。”

同时，“色散值”这一特征数据表明，FRB 20190520B的近源电子密度远高于其他FRB，表明在其宿主星系传播路径中经过了复杂的电子密度分布。简单地说，其宿主星系的环境十分复杂，以至于剧烈的射电暴在离开“老家”时历尽艰辛，此后抵达地球的旅程反而相对顺利。

FRB领域创始人邓肯·洛里默对此评价说：“基于上述认识，我认为快速射电暴可能有不同的分类。随着快速射电暴样本的持续增长，预计未来几年内，我们能够揭开快速射电暴神秘的面纱。”

此外，研究人员还发现，FRB 20190520B与FRB 20121102A有着“孪生兄弟”般的相似度，包括附近都伴随有持续射电源对应体、都极为活跃并拥有复杂的电磁环境等。“它们有可能代表了快速射电暴演化的早期阶段。”牛晨辉告诉《中国科学报》。

如今，发现FRB 20121102A的阿雷西博望远镜已经因为年久失修而坍塌，接力棒则交到了FAST手上。李菂期待，在“快速射电暴巡天”优先重大项目支持下，FAST的持续观测有望建立全新的FRB演化图景。

当然，接过“接力棒”的还有牛晨辉。他永远铭记已经故去的亲手建造FAST的南仁东先生的一句话：“最好的天文设备实际上是修给下一代的天文学家，修给现在在读和将要入学的年轻人。”

“我就是当年先生口中的‘年轻人’，能够站在巨人的肩膀上，我深感幸运。”牛晨辉表示。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04755-5