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洪恒飛 肖樂(lè) 科技日?qǐng)?bào)記者 江耘

從銀河系外而來(lái)，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(lèi)對(duì)其起源卻知之甚少。

5月12日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》刊登了中外聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在快速射電暴領(lǐng)域的重磅發(fā)現(xiàn)。研究團(tuán)隊(duì)以中國(guó)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(duì)象，首次發(fā)現(xiàn)快速射電暴周邊磁場(chǎng)存在極端反轉(zhuǎn)。

“通過(guò)環(huán)境特征的吻合程度推測(cè)，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(shí)驗(yàn)室研究專(zhuān)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(cè)現(xiàn)象反推環(huán)境特征

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

近年來(lái)，全球范圍內(nèi)大量射電望遠(yuǎn)鏡拔地而起，更新著人類(lèi)對(duì)快速射電暴的觀測(cè)和認(rèn)知。此次成果的研究對(duì)象FRB 20190520B自2019年5月20日現(xiàn)身以來(lái)，多國(guó)科學(xué)家每次監(jiān)測(cè)時(shí)都有一個(gè)或多個(gè)望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到其爆發(fā)，持續(xù)可靠。

去年3月，馮毅參與的研究團(tuán)隊(duì)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(lèi)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(lèi)相距幾十億光年，很難直接觀測(cè)到它們的起源，通過(guò)鑒別其周邊環(huán)境特征推測(cè)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(guó)的綠岸望遠(yuǎn)鏡，研究團(tuán)隊(duì)此次對(duì)FRB 20190520B進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)17個(gè)月的監(jiān)測(cè)，再根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其偏振性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量分析。

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

此次重磅成果涉及了橫跨地球三大洲的國(guó)際大型設(shè)備的觀測(cè)：李菂國(guó)際團(tuán)隊(duì)利用位于澳大利亞的帕克斯望遠(yuǎn)鏡和位于美國(guó)的綠岸望遠(yuǎn)鏡對(duì)“中國(guó)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(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析首次揭示了其周邊磁場(chǎng)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(guó)科學(xué)院供圖）

AI算法快速提取有效數(shù)據(jù)

監(jiān)測(cè)時(shí)間跨度達(dá)17個(gè)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(cè)數(shù)據(jù)容量大概是幾十TB，但真正包含信號(hào)的數(shù)據(jù)僅有幾百兆。之江實(shí)驗(yàn)室智能計(jì)算天文平臺(tái)提供了重要幫助，通過(guò)AI算法，幾天就完成信號(hào)提煉，大幅減少了研究團(tuán)隊(duì)的工作量。

論文共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員、之江實(shí)驗(yàn)室計(jì)算天文首席科學(xué)家李菂介紹，通過(guò)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(guò)程。

“法拉第旋轉(zhuǎn)量的數(shù)值反映了電子密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，電子密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)的角度越大，對(duì)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(shí)間的演化規(guī)律初步測(cè)算出來(lái)，由此能推測(cè)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(shí)驗(yàn)室天文計(jì)算團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)對(duì)這一快速射電暴進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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。