從銀河系外而來，帶著諸多宇宙奧秘，快速射電暴(FRB)穿越茫茫星海，多次造訪地球。人類對其起源卻知之甚少。

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5月12日，國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》刊登了中外聯(lián)合研究團(tuán)隊在快速射電暴領(lǐng)域的重磅發(fā)現(xiàn)。研究團(tuán)隊以中國天眼發(fā)現(xiàn)的世界首例持續(xù)活躍的快速射電暴FRB 20190520B為觀察對象，首次發(fā)現(xiàn)快速射電暴周邊磁場存在極端反轉(zhuǎn)。

“通過環(huán)境特征的吻合程度推測，這意味著FRB 20190520B可能處在雙星系統(tǒng)中，而雙星的伴星可能是黑洞或者大質(zhì)量恒星?！?論文共同第一作者、之江實驗室研究專家馮毅表示，這一發(fā)現(xiàn)是快速射電暴起源研究向前推進(jìn)的重要一步。

根據(jù)觀測現(xiàn)象反推環(huán)境特征

快速射電暴是一種無線電波爆發(fā)現(xiàn)象，持續(xù)時間通常僅有幾毫秒，卻能釋放出相當(dāng)于太陽一整天內(nèi)釋放的能量。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一些快速射電暴會重復(fù)爆發(fā)。

近年來，全球范圍內(nèi)大量射電望遠(yuǎn)鏡拔地而起，更新著人類對快速射電暴的觀測和認(rèn)知。此次成果的研究對象FRB 20190520B自2019年5月20日現(xiàn)身以來，多國科學(xué)家每次監(jiān)測時都有一個或多個望遠(yuǎn)鏡探測到其爆發(fā)，持續(xù)可靠。

去年3月，馮毅參與的研究團(tuán)隊曾在《科學(xué)》雜志刊登研究論文，首次提出能夠解釋重復(fù)快速射電暴偏振頻率演化的統(tǒng)一機(jī)制，指出重復(fù)快速射電暴處在類似超新星遺跡的復(fù)雜環(huán)境中。

“快速射電暴的偏振性質(zhì)包含快速射電暴本身的特性以及其形成環(huán)境等豐富信息?！瘪T毅介紹，由于快速射電暴絕大多數(shù)都在銀河系外，和人類相距幾十億光年，很難直接觀測到它們的起源，通過鑒別其周邊環(huán)境特征推測起源是重要的手段。

利用位于澳大利亞的帕克斯望遠(yuǎn)鏡和位于美國的綠岸望遠(yuǎn)鏡，研究團(tuán)隊此次對FRB 20190520B進(jìn)行了長達(dá)17個月的監(jiān)測，再根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對其偏振性質(zhì)進(jìn)行測量分析。

“快速射電暴在到達(dá)地球之前，通過宇宙中的等離子體，受磁場影響發(fā)生法拉第旋轉(zhuǎn)，振動方向隨之變化，抵達(dá)地球時的振動方向和剛發(fā)出時不一樣?！?馮毅解釋道，電磁波穿過磁化等離子體會發(fā)生振動方向改變，這被稱為法拉第旋轉(zhuǎn)?？梢酝ㄟ^分析法拉第旋轉(zhuǎn)量來反推快速射電暴所經(jīng)過的宇宙磁場環(huán)境。

此次重磅成果涉及了橫跨地球三大洲的國際大型設(shè)備的觀測：李菂國際團(tuán)隊利用位于澳大利亞的帕克斯望遠(yuǎn)鏡和位于美國的綠岸望遠(yuǎn)鏡對“中國天眼”FAST發(fā)現(xiàn)的世界首例持續(xù)活躍快速射電暴FRB 20190520B進(jìn)行了長期的監(jiān)測，對觀測數(shù)據(jù)的綜合分析首次揭示了其周邊磁場的極端反轉(zhuǎn)，表明FRB 20190520B可能處在雙星系統(tǒng)中，雙星的伴星可能是黑洞或者大質(zhì)量恒星。(李菂/ScienceApe/中國科學(xué)院供圖)

AI算法快速提取有效數(shù)據(jù)

監(jiān)測時間跨度達(dá)17個月，必然搜集到大量數(shù)據(jù)，如何快速提煉出有用信息?

馮毅介紹，此次研究的監(jiān)測數(shù)據(jù)容量大概是幾十TB，但真正包含信號的數(shù)據(jù)僅有幾百兆。之江實驗室智能計算天文平臺提供了重要幫助，通過AI算法，幾天就完成信號提煉，大幅減少了研究團(tuán)隊的工作量。

論文共同通訊作者、中國科學(xué)院國家天文臺研究員、之江實驗室計算天文首席科學(xué)家李菂介紹，通過綜合分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RB 20190520B的法拉第旋轉(zhuǎn)量經(jīng)歷了兩次正負(fù)值劇烈轉(zhuǎn)變的過程。

“法拉第旋轉(zhuǎn)量的數(shù)值反映了電子密度和磁場強(qiáng)度，電子密度和磁場強(qiáng)度越大，振動方向旋轉(zhuǎn)的角度越大，對應(yīng)的法拉第旋轉(zhuǎn)量越大。”馮毅指出，通俗地講，此次研究將FRB 20190520B法拉第旋轉(zhuǎn)量隨著時間的演化規(guī)律初步測算出來，由此能推測出其起源環(huán)境特征和雙星系統(tǒng)的比較相像。

他表示，下一步，之江實驗室天文計算團(tuán)隊將繼續(xù)對這一快速射電暴進(jìn)行監(jiān)測，以期發(fā)現(xiàn)其法拉第旋轉(zhuǎn)的周期性變化，有望進(jìn)一步確定其起源和環(huán)境特征。

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