FAST助力中國科學家“明察秋毫”_風聞

在廣袤的宇宙中，經常有一束電波襲來，卻僅僅閃現幾個毫秒。

2007年，天文學家在分析澳大利亞64米射電望遠鏡2001年記錄的信號時，發現了這樣的毫秒電波。隨後天文學家就一直企圖尋求真相：誰發出了電波？如此快速閃現的電波包含了什麼信息？中國天眼FAST最新的觀測揭示了這種宇宙毫秒無線電爆發的新物理，連續兩篇論文在Nature發表。

過去十幾年，天文學家一直收集着信息，他們要回答的首要問題是：這些毫秒電波是銀河系內緻密星體發出的？還是宇宙深處的劇烈爆發引起的？經過大約十年的探尋，天文學家收集了30多個爆發源，它們在天空幾乎是隨機分佈的，因此可以斷定這些毫秒閃現源中的絕大多數不是銀河系內的天體發出的。

2017年，天文學家終於捕獲到一個毫秒無線電爆發，它竟然在幾個小時內重複了幾次。天文學家利用世界多台大射電望遠鏡聯合探測，並利用記錄到的幾毫秒的信號進行快速定位，終於將一個重複爆發的無線電快速閃現源，定位到宇宙深處30億光年之外的一個星系裏。

然而，因為過去中國沒有大射電望遠鏡，中國的天文學家無法拿到第一手資料，所以在這個前沿領域的研究中，中國天文學家只能做理論研究。

中國天眼FAST於2016年竣工，經過三年調試，現在已經對國內天文學家開放。FAST不僅因為聚光面積巨大而使其電波收集能力超強，成為世界最靈敏的射電望遠鏡；也因為精密控制的變形能力，FAST能夠聚焦和穩定跟蹤天體。

在2019年嘗試性的開放觀測中，北京大學和國家天文台聯合培養的博士生羅睿希望利用FAST觀測一個2018年3月1日澳大利亞探測到的爆發源FRB 180301，看看這個源是否會重複爆發。幸運的是，2019年7月16日FAST的2小時觀測如願探測到了4次爆發。這個結果讓人激動。

然而，在隨後9月11日的4小時觀測中，竟然什麼信號也沒有探到！由北京大學李柯伽研究員、國家天文台韓金林研究員和美國內華達大學張冰教授領導的研究團隊討論後，發現早前澳大利亞報告的爆發源的位置不夠精準，隨後改變了觀測策略，將望遠鏡對準的位置調正，並記錄偏振信號。終於，在2019年10月6日和7日，FAST在6個小時內探測到11次爆發。與之前的觀測時間總計而言，FAST在12個小時的觀測時間裏探測到15次閃現，每次電波閃現的強度曲線也各不相同。這個爆發源與那個30億光年外的爆發源距離類似、無線電爆發率類似，但強度要闇弱很多。

最奇妙的結果來自對11次爆發電波的高靈敏度偏振信號解析。FAST裝配的接收機偏振測量能力非常好。相比之下，過去世界上的望遠鏡僅僅對30多個爆發源中的幾個記錄了偏振信號，能夠詳細研究的樣本非常少。從之前的探測看到：重複爆發源要麼表現出平平的偏振角，即電波的極化面不變；偏振角變化的現象僅在一次性爆發源中看到過兩次。在11個爆發信號中，FAST能夠對7個毫秒閃現的爆發很好地解析出其偏振信息。

令人激動的是，7個偏振不僅僅是變化的，而且呈現出變化的多樣性（圖1）。如此變化的偏振在早先的重複暴中從來沒有看到。FAST觀測到的偏振變化多樣性明確説明：宇宙中的爆發源可能來自緻密星體磁層中的物理過程。這個觀測結果為近幾年緻密星磁層起源和爆發物質激波撞擊起源的兩大門派理論爭鋒給出了直接裁定。

圖1. FAST觀測首次發現了毫秒爆發源偏振角PA變化的多樣性（圖源：作者）

該論文因如此重要意義於北京時間2020年10月29日發表於《自然》(Nature)，點擊文末“閲讀原文”，可閲讀論文。

另外值得指出的是，FAST已經做了大量天體目標的觀測，在短短兩年裏就發現了240個脈衝星。

作者簡介

韓金林，國家天文台緻密天體和瀰漫介質團組首席科學家，研究員。北京市青少年科技俱樂部資深導師。