熱點評！中國天眼：刻畫宇宙的“樣子” ——解讀2022年度中國科學十大進展 （二）

FAST觀測快速射電暴示意圖，圖中的信號曲線即為快速射電暴的真實脈沖輪廓。

(資料圖片僅供參考)

（國家天文臺王培供圖）

準確測量宇宙天體的射電輻射是理解天體輻射起源和機制的有效途徑。被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡FAST自正式運行以來，為我國射電天文發展提供了有力的觀測支撐。2022年，中國科學院國家天文臺主導的研究團隊依托“中國天眼”FAST平臺，在觀測活躍重復暴探究快速射電暴（FRB）機制、中性氫譜線觀測刻畫河外河內星際氣體兩個方面取得了系列突破性進展。

發現首例持續活躍重復暴

FRB是在射電宇宙中最劇烈的爆發現象，其起源和輻射機制迄今還不清楚，是天文學領域重大的熱點前沿之一。國家天文臺李菂研究團隊提出了原創的多科學目標同時巡天（CRAFTS）觀測模式，記錄滿足FRB、脈沖星、中性氫等多種科學目標需求的觀測數據，數倍提高了FAST的巡天效率。研究團隊利用CRAFTS數據發現了首例持續活躍的快速射電暴FRB20190520B。該源色散值遠高于宇宙學物質分布模型估算結果，表明該源非常年輕或處于非常極端的致密環境，這拓寬了對FRB起源和星周環境的理解前沿。

揭示快速射電暴密近環境動態演化

由國家天文臺、北京大學科維理天文與天體物理研究所研究員李柯伽領導的研究團隊利用FAST對重復暴FRB20201124A開展了長期觀測，得到了至今最大的FRB偏振樣本集。研究團隊首次觀測到該源由爆發到突然熄滅的猝滅現象，并獲得了其法拉第旋轉量（RM）復雜的動態演化，發現該源存在高度圓偏振及頻率依賴的偏振振蕩現象。這表明該源近域環境非常復雜且存在動態演化。研究團隊排除了其起源于大質量恒星極端爆炸導致的超亮超新星，或伽馬射線暴后形成年輕磁星的可能性，向著揭示FRB中心引擎機制邁出了重要一步。

提出統一解釋重復暴偏振頻率演化機制

FRB的偏振性質富含爆發的本征特性及環境信息。李菂研究團隊針對多個活躍重復暴，組織FAST和國際協同觀測，精確測量了一批重復暴的偏振性質，發現不同重復暴的線偏振度存在隨頻率降低而降低的統一趨勢。研究團隊據此首次提出重復暴偏振頻率演化的統一機制，并提出單一參數“RM彌散”定量描述。該機制支持重復暴可能處在復雜電離環境中，并且可以通過偏振觀測推測可能的演化階段，排除了基于輻射區磁層高度變化的脈沖星偏振內稟頻率演化的其他模型，為最終確定FRB起源提供了關鍵觀測證據。

利用中性氫譜線精細刻畫河外河內星際氣體

FAST不僅在FRB的動態宇宙研究領域大顯身手，也在中性氫譜線觀測領域為突破性發現提供觀測基礎。國家天文臺研究員徐聰領導的國際團隊利用FAST觀測對斯蒂芬五重星系及周圍天區的氫原子氣體譜線進行了成像觀測，在遠離星系群中心的區域發現了目前最大的稀薄原子氣體結構。現有的星系及氣體演化理論很難解釋星系周圍為何仍存在這一未被電離的大尺度稀薄原子氣體結構，這將推動對星系形成和演化中物理機制的理解進程。

磁場在星際介質演化和恒星形成中起著重要作用。李菂研究團隊利用原創的中性氫窄線自吸收方法，通過FAST深度觀測金牛座分子云前恒星核L1544，首次探測到中性氫窄線自吸收的高置信度塞曼效應，實現了原子輻射手段探測分子云磁場領域“從0到1”的突破。研究團隊分析發現，星際介質從冷中性氣體到前恒星核具有連貫性的磁場結構，與標準模型的預測明顯不同。該發現將恒星形成的時間減少到百萬年量級，對于理解恒星形成的天體物理過程至關重要。

FAST得天獨厚的靈敏度優勢，正助力中國射電天文學者由跟跑轉向領跑，產生具有突破性影響的成果。將來，FAST有望在脈沖星搜尋和脈沖星物理、河內與河外中性氫星系、暫現源，以及地外文明探索等方面取得更多突破性進展，最終改變人類對宇宙的認識。

（第一作者系中國科學院國家天文臺博士生，第二作者系中國科學院國家天文臺副研究員，第三作者系中國科學院國家天文臺研究員）

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