快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發現象，在1毫秒的時間內能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。不過對於這種現象的物理起源、輻射機制和周圍環境等，至今尚不明晰，因此被稱為“宇宙之謎”。6月9日，來自中國“天眼”（FAST）的一項關於快速射電暴的研究成果登上國際學術期刊《自然》。
該發現由中國科學院國家天文台李菂研究員領導的國際團隊，通過FAST“多科學目標同時巡天（CRAFTS）”優先重大項目完成。這是迄今為止，人類發現的唯一一例持續活躍的重複快速射電暴。
遙遠矮星系發出的強大射電波
這一最新發現的快速射電暴命名為FRB 20190520B，中國科學家還首次利用“天眼”（FAST）即500米口徑球面射電望遠鏡，對其進行了精準定位——位於一個距離地球30億光年的矮星系。
中國大型望遠鏡探測到從遙遠矮星系發出的強大射電波爆發，將推動科學家更好地理解快速射電暴這一宇宙神秘現象。這種現象涉及源自銀河系和其他星系內部的射頻電磁輻射脈衝，射電波在電磁波譜中具有最長的波長。
“我們仍然將快速射電暴稱為‘宇宙之謎’，這是理所當然的。科學家已經提出很多假設試圖解釋這種現象。”這項最新研究的共同通訊作者、FAST首席科學家李菂表示。
2007年，美國天文學家鄧肯·洛里默首次發現了快速射電暴現象的存在。天文學家普遍認為快速射電暴（FRB）與緻密天體，特別是具有強磁場的緻密天體爆發活動等有關。
洛里默對這項最新的研究評價稱：“基於FRB 20190520B這些特徵及其持續射電源的存在，我認為快速射電暴可能有不同的分類。隨着快速射電暴樣本的持續增長，預計未來幾年內，我們能夠揭開快速射電暴的神秘面紗。”
天文學家懷疑這些爆發可能是由某些極端物體釋放的。這些物體可能包括中子星；大質量恆星在生命周期結束時緻密坍縮的核心爆炸成為超新星；一種具有超強磁場的中子星，或者是一個黑洞正在吞噬一顆鄰近的恆星。
李菂表示，對於快速射電暴的不同解釋模型，反映了科學家對這種現象仍然缺乏了解。而新的發現也將有助於科學家進一步確定這些射電暴發生背後的原因。
觀測發現，快速射電暴中很小部分會重複爆發。在重複爆發的活躍期，天文學家可以有準備地實施定位和監測，從而解決快速射電暴的起源與演化等科學問題。
目前，全球已公布了近500例快速射電暴，僅不到10例在其窗口期內頻繁爆發；而此前並未發現存在持續活躍的重複快速射電暴。此外，天文望遠鏡探測的多數快速射電暴圖像分辨率較差，從而很難精確定位爆發位置。
2016年，天文學家曾發現首例重複快速射電暴FRB 20121102A，這也是首個被精確定位的快速射電暴，與此次新發現的FRB 20190520B非常相似。但FRB 20190520B是目前發現的唯一一例持續活躍重複爆發的快速射電暴，爆發次數已經達到幾百次。
“上述發現揭示了活躍重複暴周邊的複雜環境有類似超亮超新星爆炸的特徵，挑戰了對快速射電暴色散分析的傳統觀點，為構建快速射電暴的演化模型、理解這一劇烈的宇宙神秘現象打下了基礎。”李菂表示。
上海天文台助力精確定位
李菂還表示，FAST的觀測工作更傾向於從持續重複活躍的射電暴中發現“新生”事件的線索，例如從超新星等極端爆炸事件中誕生的射電暴。“這些重複活躍的射電暴非常年輕，剛剛誕生不久，否則我們將無法觀測到它們。”李菂說道。
加州理工學院的天文學家和研究合著者凱西·勞（Casey Law）表示：“快速射電暴是強烈的、短暫的射電光閃光，可以在整個宇宙中被看到。但爆發在大約僅一毫秒，遠遠快於眨眼的工夫。一些快速射電暴的來源可能像是活躍的多次爆發，但另一些來源只被發現爆發過一次。”
據介紹，論文第一作者、國家天文台青年學者牛晨輝在系統處理FAST數據時發現，2019年5月20日的數據存在重複的高色散脈衝。之後，團隊通過組織多台國際設備天地協同觀測，綜合射電干涉陣列、光學、紅外望遠鏡以及空間高能天文台的數據，將FRB 20190520B定位於一個距離地球30億光年的矮星系。
科學家還發現，該快速射電暴定位矮星系的近源區域擁有目前已知的最大電子密度，並發現了迄今第二個快速射電暴持續射電源對應體。
上海天文台在快速射電暴的定位方面作出了貢獻。基於該原始發現以及後續多次FAST觀測得到的角分級定位，上海天文台余文飛研究員領導的觀測課題組聯合國家天文台李菂團隊，於2020年5月和7月先後通過美歐雨燕天文衛星（Swift）與FAST空地同時觀測以及美國甚大陣射電望遠鏡（VLA）機遇性觀測，搜尋持續和短時標多波段對應體，嘗試對FRB 20190520B實施百倍以上的精確定位。
“FRB 20190520B是FAST至今發現的大約6例快速射電暴中第一個被精確定位的快速射電暴。”余文飛表示，“通過與國家天文台團隊合作，結合我國FAST的高靈敏度和美國甚大陣列的定位優勢，我們實現了針對FRB 20190520B由FAST發現到美國甚大陣射電望遠鏡的精確定位。”
FAST是世界上最大的單口徑射電望遠鏡，其信號接收面積相當於30個足球場，該望遠鏡的主要工作是捕獲天體，尤其是脈衝星發出的無線電信號。自2019年起，FAST首次用於觀測快速射電暴。
FAST“多科學目標同時巡天（CRAFTS）”優先重大項目迄今已經發現至少6例新FRB，正在為揭示宇宙中這一神秘現象的機制、推進天文學這一全新領域的研究做出獨特的貢獻。
1993年諾貝爾物理學獎獲得者約瑟夫·泰勒（Joseph Taylor）教授曾對第一財經記者表示：“FAST早在調試階段就發現了100個脈衝星和多起磁暴現象令人驚嘆。”他認為，為了能夠獲得最大程度的數據，應該珍惜射電望遠鏡的工作時間，提升射電望遠鏡的效率。
歐洲南方天文台（ESO）榮譽天文學家迪特里希·巴德（Dietrich Baade）教授也對第一財經記者表示：“我們很高興看到FAST正在向全球的天文學家開放，這將有助於推動全球天文學領域的發展，包括對外星生命的探索。”