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藝術想象圖：雙星系統中，伴星的星冕物質拋射形成磁化等離子體云，穿過地球與快速射電暴源的觀測視線，引發法拉第旋轉量的劇烈變化。紫金山天文臺、國家天文臺供圖在寂靜無聲的宇宙深處，有時會上演“驚心動魄”的一幕。一種名為快速射電暴的神秘現象，能在千分之一秒內，釋放出太陽一整周才能輻射出的巨大能量。它們來自幾十億光年之外，如同宇宙的密碼，一直是天體物理學領域的重要謎團。1月16日，《科學》在線發表了一項重要突破：由中國科學院紫金山天文臺牽頭，聯合國內外多個研究團隊，利用我國500米口徑球面射電望遠鏡（“中國天眼”，FAST），在國際上首次捕捉到重復快速射電暴的法拉第旋轉量（RM）發生劇烈跳變并隨后回落的詳細演化過程。這一獨特發現為“快速射電暴起源于雙星系統”的假說提供了關鍵的觀測證據。驚人的突變自2007年首次發現快速射電暴以來，天文學家已經追逐這類“宇宙射電脈沖閃”近20年。關于它們的起源有各種假說，有一種比較普遍的推測認為，這一現象與中子星等致密天體有關。論文通訊作者、紫金山天文臺研究員吳雪峰解釋，目前發現的快速射電暴可以分為兩種類型，其中絕大多數一閃即逝，再無蹤影，但仍有一小部分會像“活火山”一樣，不定期多次爆發。部分重復暴表現出周期活動的特征，暗示其起源天體可能處于雙星系統中，但至今并無直接觀測證據支撐。2022年5月加拿大氫強度測繪實驗（CHIME）發現了重復快速射電暴FRB 20220529，中國研究團隊利用FAST對其開展了兩年多的監測，捕捉到了上千次爆發?？茖W家如何“窺探”爆發當時發生了什么？他們用了一個巧妙的“宇宙磁環境探針”——RM。吳雪峰把它形象地比作光波的“扭腰舞”。當快速射電暴發出的無線電波穿過有磁場的環境時，它的振動方向會發生旋轉，旋轉越厲害意味著環境越復雜。然而，在前一年半的常規監測中，FRB 20220529的RM一直在-300到+300弧度/平方米的范圍內小幅波動，中位數僅為17弧度/平方米。天文觀測常依賴機遇。就在論文第一作者、紫金山天文臺副研究員李曄以為這項觀測會波瀾不驚地結束時，轉折出現了。她記得那是2023年12月的一天，FAST監測數據顯示，在經歷了一段短暫的“靜默”期后，FRB 20220529的RM毫無征兆地飆升至1977±84弧度/平方米，暴漲約20倍！研究人員的第一反應是“數據出錯了”，直至多人重復驗證，才確認無疑。意識到這是非同尋常的現象，論文通訊作者、中國科學院國家天文臺研究員姜鵬立即安排FAST開始了密集觀測。更令人驚訝的是，這次跳變并未持續太久，在隨后短短兩周內，它又像坐過山車一樣迅速回落，恢復到了正常的波動水平。這種劇烈、快速且可逆的磁環境變化，在快速射電暴研究史上尚屬首次被記錄。他們相信，必然有一個強大的外部因素介入了周圍環境?！翱茖W探案”鎖定雙星系統一次如此極端的磁環境突變，原因究竟是什么？接下來的工作就像一場“科學探案”，研究團隊需要逐一排查可能的“嫌疑對象”。于是，他們分別比較了超新星遺跡、環境湍流及磁陀星耀發帶來的可能影響。結果發現，無論哪一種，都無法跟這次RM變化的幅度和快速可逆的時間尺度相契合?！芭懦怂胁豢赡?，剩下的就是真相?！眳茄┓逭f，研究團隊將目光投向了最有可能的解釋——雙星系統。產生快速射電暴的中子星并非“孤家寡人”，而是有一顆伴星，兩者相互繞轉。那么，這將如何解釋那次劇烈的RM跳變呢？研究團隊提出了一個與太陽系內現象極為相似的完美解釋：伴星的星冕物質拋射。太陽有時會發生劇烈的活動，拋射出大量攜帶磁場的等離子體云，即日冕物質拋射。當這團物質恰好經過地球與某顆恒星之間時，就會顯著影響人們觀測到的那顆恒星的磁場環境。同理，FRB 20220529的伴星可能發生了一次類似的劇烈活動，拋射出一團致密且高度磁化的等離子體云。這團物質在數周內，恰好穿過了FAST觀測視線與快速射電暴源之間的路徑。當它經過時，其強大的磁場和高密度等離子體導致了RM的飆升；當它完全離開視線后，RM便自然回落至正常水平。中國科學院院士、紫金山天文臺研究員史生才評價道：“這項研究清晰揭示了致密磁化等離子體云穿過觀測視線的過程，這與雙星系統中伴星的劇烈活動高度契合，為我們破解快速射電暴起源之謎邁出了重要一步?！盕AST如何成就“世界首次”“快速射電暴起源于雙星系統”這一假說首次獲得了強有力的、關鍵的觀測證據支持，離不開FAST的“火眼金睛”。值得關注的是，FRB 20220529屬于信號暗弱的暴源，其多數爆發難以被其他望遠鏡有效探測。在吳雪峰看來，作為世界最大、最靈敏的單口徑射電望遠鏡，FAST就像一臺宇宙“超高清高速攝像機”，能夠捕捉到其他望遠鏡無法察覺的完整的微弱信號細節，揭示快速射電暴源周圍的環境，把快速射電暴的觀測過程從“幻燈片”時代帶到“4K電影”時代。“這一成果彰顯了中國FAST望遠鏡在開展長期監測觀測方面的強大實力?！笔澜绲谝焕焖偕潆姳┌l現者、美國西弗吉尼亞大學教授鄧肯·洛里默點評道。FAST自投入使用以來，一直保持穩定高效的運行狀態，產生的數據量逐年增長。就在上一個完整觀測年里，它的總觀測時長超過5400個小時，在世界上遙遙領先。姜鵬坦言，為積極應對國際同行日趨激烈的競爭，FAST正穩步推進升級規劃。項目將在FAST周邊建設數十臺中等口徑天線，構建全球唯一、以FAST為核心的巨型綜合孔徑陣列。這一創新設計將徹底彌補單口徑望遠鏡在空間分辨率上的天然局限，同時提升觀測靈敏度，實現綜合觀測性能質的飛躍。相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.adq3225（原載于《中國科學報》?2026-01-19 第1版 要聞）