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圖為“中國(guó)天眼”饋源艙。新華社記者 歐東衢攝

快速射電暴是宇宙中最神秘的射電爆發(fā)現(xiàn)象之一，其持續(xù)時(shí)間僅為數(shù)毫秒，卻能在瞬間釋放相當(dāng)于太陽一整周輻射總和的巨大能量。如何解開這類“宇宙射電脈沖閃”的起源機(jī)制謎團(tuán)？1月16日，由中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)牽頭，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)等國(guó)內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)組成的研究團(tuán)隊(duì)在貴州省平塘縣宣布，“中國(guó)天眼”找到了快速射電暴起源關(guān)鍵證據(jù)。

1月16日，由中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)牽頭，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)等國(guó)內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)組成的研究團(tuán)隊(duì)在貴州省平塘縣宣布，利用“中國(guó)天眼”——500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）首次捕捉到重復(fù)快速射電暴（FRB）的法拉第旋轉(zhuǎn)量發(fā)生劇烈躍變并隨后回落的詳細(xì)演化過程，為“快速射電暴起源于雙星系統(tǒng)”的假說提供了關(guān)鍵觀測(cè)證據(jù)。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

捕捉到法拉第旋轉(zhuǎn)量急劇飆升又回落，找到快速射電暴起源關(guān)鍵證據(jù)

快速射電暴是宇宙中最神秘的射電爆發(fā)現(xiàn)象之一，其持續(xù)時(shí)間僅為數(shù)毫秒，卻能在瞬間釋放相當(dāng)于太陽一整周輻射總和的巨大能量。自2007年被首次發(fā)現(xiàn)以來，這類“宇宙射電脈沖閃”的起源機(jī)制一直是天體物理學(xué)領(lǐng)域的重要謎團(tuán)。科學(xué)界普遍推測(cè)其與中子星等致密天體有關(guān)，而部分重復(fù)爆發(fā)的快速射電暴所呈現(xiàn)的爆發(fā)周期性特征，暗示其起源天體可能處于雙星系統(tǒng)中，但長(zhǎng)期缺乏直接觀測(cè)證據(jù)支撐這一猜想。

為破解這一謎題，利用“中國(guó)天眼”的超高靈敏度優(yōu)勢(shì)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)重復(fù)快速射電暴FRB 20220529開展了2年多的持續(xù)監(jiān)測(cè)。

中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)、論文通訊作者吳雪峰介紹，“在監(jiān)測(cè)中很重要的一個(gè)參數(shù)就是法拉第旋轉(zhuǎn)量。這個(gè)指標(biāo)反映了射電信號(hào)傳播路徑上等離子體的密度與磁場(chǎng)強(qiáng)度，它如同一個(gè)精準(zhǔn)的‘宇宙磁環(huán)境探針’，能幫助科學(xué)家捕捉天體周圍的環(huán)境變化。”

科研人員發(fā)現(xiàn)，重復(fù)快速射電暴FRB 20220529的法拉第旋轉(zhuǎn)量在為期一年半的時(shí)間里，始終在一定范圍內(nèi)小幅波動(dòng)。直到2023年12月，該重復(fù)快速射電暴的法拉第旋轉(zhuǎn)量出現(xiàn)了急劇飆升，是平時(shí)變化水平的20倍，隨后又在短短兩周內(nèi)下降，恢復(fù)到了正常波動(dòng)范圍。這種現(xiàn)象在有記錄的快速射電暴研究史上尚屬首次。

隨后，通過數(shù)據(jù)分析，以及進(jìn)一步的模型比對(duì)與物理分析，科研人員判定，重復(fù)快速射電暴FRB 20220529應(yīng)起源于雙星系統(tǒng)中。

雙星系統(tǒng)是指兩個(gè)天體在引力作用下相互吸引、彼此環(huán)繞公共質(zhì)心運(yùn)行的系統(tǒng)。“假設(shè)重復(fù)快速射電暴FRB 20220529起源于一顆孤立的中子星，現(xiàn)有理論無法解釋如此大幅且快速的磁環(huán)境突變；而如果其處于雙星系統(tǒng)中，來自伴星的劇烈活動(dòng)（如星冕物質(zhì)拋射）或雙星軌道的特殊幾何結(jié)構(gòu)，就能自然且合理地解釋為什么法拉第旋轉(zhuǎn)量出現(xiàn)了急劇飆升又回落的現(xiàn)象。”吳雪峰說，這一發(fā)現(xiàn)為快速射電暴起源于雙星系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波、探測(cè)小行星，“中國(guó)天眼”持續(xù)產(chǎn)生突破性成果

“自2020年通過國(guó)家驗(yàn)收后，‘中國(guó)天眼’一直保持穩(wěn)定高效的運(yùn)行狀態(tài)，產(chǎn)生的科學(xué)數(shù)據(jù)逐年增長(zhǎng)。上一個(gè)完整的觀測(cè)年度，‘中國(guó)天眼’總觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)超過5400小時(shí)，新增科學(xué)數(shù)據(jù)量超過17.5PB（拍字節(jié)）。”“中國(guó)天眼”運(yùn)行和發(fā)展中心副主任孫京海說。

孫京海介紹，“中國(guó)天眼”一直堅(jiān)持開放共享的運(yùn)行模式，“我們絕大多數(shù)的觀測(cè)時(shí)間都是用于支持常規(guī)項(xiàng)目，還有優(yōu)先和重大項(xiàng)目，在本觀測(cè)季里還新增了重點(diǎn)項(xiàng)目的支持類別。”據(jù)統(tǒng)計(jì)，在“中國(guó)天眼”的用戶里，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)以外的用戶占比超過67%；在常規(guī)項(xiàng)目的觀測(cè)里，面向全球征集和提供的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)超過10%。

作為中國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造并運(yùn)行的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，“中國(guó)天眼”自投入使用以來，已在納赫茲引力波探測(cè)、脈沖星搜尋、快速射電暴研究、中性氫觀測(cè)等多個(gè)前沿領(lǐng)域持續(xù)產(chǎn)出突破性成果。在2025年度基于“中國(guó)天眼”的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生了一系列重要科研成果，其中就包括在脈沖星領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了罕見的毫秒脈沖星和氦星系統(tǒng)。

在雷達(dá)天文探索方面，科學(xué)家還利用“中國(guó)天眼”開展了近地天體和小行星的探測(cè)。

“利用‘中國(guó)天眼’的高靈敏度接收能力，我們目前已經(jīng)將月球雷達(dá)成像分辨率從公里量級(jí)提高到了10米量級(jí)。”孫京海說，“而且，在這個(gè)波段我們可以穿透月球表面，去研究月球淺表層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，為后續(xù)進(jìn)一步開展月球地質(zhì)研究、資源勘探等提供新的研究方式以及數(shù)據(jù)支撐。”

“中國(guó)天眼”在國(guó)內(nèi)首次探測(cè)到多顆近地小行星，孫京海透露，其中包括幾顆潛在威脅的小行星。“通過數(shù)據(jù)分析，能夠精準(zhǔn)地估算出小行星的尺寸形狀、自轉(zhuǎn)周期等，同時(shí)也能反演出它的三維形狀，為進(jìn)一步推進(jìn)小行星科學(xué)研究，包括小行星防御提供重要數(shù)據(jù)支撐。”孫京海說。

“中國(guó)天眼”正穩(wěn)步推進(jìn)升級(jí)規(guī)劃，將成為“宇宙超級(jí)探針”

從關(guān)鍵技術(shù)自主可控到科學(xué)產(chǎn)出持續(xù)領(lǐng)跑，“中國(guó)天眼”用實(shí)踐證明了我國(guó)在高端科技裝備研發(fā)與基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的硬實(shí)力，為人類探索宇宙未知、拓展認(rèn)知邊界貢獻(xiàn)了獨(dú)具價(jià)值的中國(guó)智慧與中國(guó)方案。

盡管“中國(guó)天眼”已經(jīng)表現(xiàn)優(yōu)異，但挑戰(zhàn)與局限始終存在。孫京海表示，為擺脫部分設(shè)備依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，團(tuán)隊(duì)正在積極開展包括高性能接收機(jī)、鋼絲繩以及促動(dòng)器等關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化替代研究。

孫京海說：“通過多輪次的實(shí)驗(yàn)，證明目前國(guó)產(chǎn)化鋼絲繩已經(jīng)能夠滿足‘中國(guó)天眼’的運(yùn)行性能以及可靠性要求。我們計(jì)劃在今年3、4月份，首次更換國(guó)產(chǎn)化鋼絲繩來支撐運(yùn)行。”

此外，據(jù)“中國(guó)天眼”運(yùn)行和發(fā)展中心相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，“中國(guó)天眼”正穩(wěn)步推進(jìn)升級(jí)規(guī)劃。根據(jù)規(guī)劃方案，項(xiàng)目將在“中國(guó)天眼”周邊建設(shè)數(shù)十臺(tái)中等口徑天線，構(gòu)建全球唯一、以“中國(guó)天眼”為核心的巨型綜合孔徑陣列。

這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)將彌補(bǔ)單口徑望遠(yuǎn)鏡在空間分辨率上的天然局限，同時(shí)提升觀測(cè)靈敏度，實(shí)現(xiàn)綜合觀測(cè)性能質(zhì)的飛躍，進(jìn)一步鞏固我國(guó)在中低頻射電天文領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，積極應(yīng)對(duì)國(guó)際同行的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)、“中國(guó)天眼”運(yùn)行和發(fā)展中心主任姜鵬說：“2025年，我們已完成了兩臺(tái)核心陣列天線的建設(shè)，并且研制部署了常溫的低噪聲陣列接收機(jī)。同時(shí)，我們將兩臺(tái)天線和‘中國(guó)天眼’進(jìn)行了聯(lián)合觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，成功獲取了干涉條紋。”

升級(jí)完成后，“中國(guó)天眼”將成為功能更加強(qiáng)大的“宇宙超級(jí)探針”，為科學(xué)家深入理解快速射電暴起源，以及破解困擾學(xué)界已久的哈勃常數(shù)危機(jī)和迷失重子物質(zhì)問題等一系列天體物理謎題提供觀測(cè)支撐，推動(dòng)我國(guó)射電天文學(xué)研究向更高水平、更深層次邁進(jìn)，為人類探索宇宙注入更持久、更強(qiáng)勁的中國(guó)力量。

（原載于《人民日?qǐng)?bào)》?2026-01-19?11版）