周边磁场存在极端反转——世界首例持续活跃重复快速射电暴环境特征揭秘

洪恒飞 肖乐 科技日报记者 江耘

从银河系外而来，带着诸多宇宙奥秘，快速射电暴（FRB）穿越茫茫星海，多次造访地球。人类对其起源却知之甚少。

5月12日，国际学术期刊《科学》刊登了中外联合研究团队在快速射电暴领域的重磅发现。研究团队以中国天眼发现的世界首例持续活跃的快速射电暴FRB 20190520B为观察对象，首次发现快速射电暴周边磁场存在极端反转。

“通过环境特征的吻合程度推测，这意味着FRB 20190520B可能处在双星系统中，而双星的伴星可能是黑洞或者大质量恒星。” 论文共同第一作者、之江实验室研究专家冯毅表示，这一发现是快速射电暴起源研究向前推进的重要一步。

根据观测现象反推环境特征

快速射电暴是一种无线电波爆发现象，持续时间通常仅有几毫秒，却能释放出相当于太阳一整天内释放的能量。科学家发现，一些快速射电暴会重复爆发。

近年来，全球范围内大量射电望远镜拔地而起，更新着人类对快速射电暴的观测和认知。此次成果的研究对象FRB 20190520B自2019年5月20日现身以来，多国科学家每次监测时都有一个或多个望远镜探测到其爆发，持续可靠。

去年3月，冯毅参与的研究团队曾在《科学》杂志刊登研究论文，首次提出能够解释重复快速射电暴偏振频率演化的统一机制，指出重复快速射电暴处在类似超新星遗迹的复杂环境中。

“快速射电暴的偏振性质包含快速射电暴本身的特性以及其形成环境等丰富信息。”冯毅介绍，由于快速射电暴绝大多数都在银河系外，和人类相距几十亿光年，很难直接观测到它们的起源，通过鉴别其周边环境特征推测起源是重要的手段。

利用位于澳大利亚的帕克斯望远镜和位于美国的绿岸望远镜，研究团队此次对FRB 20190520B进行了长达17个月的监测，再根据监测数据对其偏振性质进行测量分析。

“快速射电暴在到达地球之前，通过宇宙中的等离子体，受磁场影响发生法拉第旋转，振动方向随之变化，抵达地球时的振动方向和刚发出时不一样。” 冯毅解释道，电磁波穿过磁化等离子体会发生振动方向改变，这被称为法拉第旋转。可以通过分析法拉第旋转量来反推快速射电暴所经过的宇宙磁场环境。

此次重磅成果涉及了横跨地球三大洲的国际大型设备的观测：李菂国际团队利用位于澳大利亚的帕克斯望远镜和位于美国的绿岸望远镜对“中国天眼”FAST发现的世界首例持续活跃快速射电暴FRB 20190520B进行了长期的监测，对观测数据的综合分析首次揭示了其周边磁场的极端反转，表明FRB 20190520B可能处在双星系统中，双星的伴星可能是黑洞或者大质量恒星。（李菂/ScienceApe/中国科学院供图）

AI算法快速提取有效数据

监测时间跨度达17个月，必然搜集到大量数据，如何快速提炼出有用信息？

冯毅介绍，此次研究的监测数据容量大概是几十TB，但真正包含信号的数据仅有几百兆。之江实验室智能计算天文平台提供了重要帮助，通过AI算法，几天就完成信号提炼，大幅减少了研究团队的工作量。

论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员、之江实验室计算天文首席科学家李菂介绍，通过综合分析发现，FRB 20190520B的法拉第旋转量经历了两次正负值剧烈转变的过程。

“法拉第旋转量的数值反映了电子密度和磁场强度，电子密度和磁场强度越大，振动方向旋转的角度越大，对应的法拉第旋转量越大。”冯毅指出，通俗地讲，此次研究将FRB 20190520B法拉第旋转量随着时间的演化规律初步测算出来，由此能推测出其起源环境特征和双星系统的比较相像。

他表示，下一步，之江实验室天文计算团队将继续对这一快速射电暴进行监测，以期发现其法拉第旋转的周期性变化，有望进一步确定其起源和环境特征。