銀河系磁星SGR 1935+2154是快速射電暴FRB200428的起源
時間：2025-12-08 20:57:05 來源：桑間濮上網 作者：綜合 閱讀：236次
銀河系磁星SGR 1935+2154是快速射電暴FRB200428的起源（磁星釋放的快速射電暴 李柯伽繪）
（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學報（馮麗妃）： 快速射電暴是宇宙中的一種無線電波瞬間爆發，持續時間通常只有幾毫秒，系磁星卻能釋放出相當于太陽一天甚至一年內釋放的快速能量。它們往往“神龍見首不見尾”，射電出現一次，銀河源便再無蹤跡。系磁星作為近年來天文學界新晉“網紅”，快速國際科學界對快速射電暴的射電起源提出了數十種“合理解釋”，如強磁場中子星、銀河源高度活躍的系磁星星系內核、天體之間的快速相互碰撞，甚至不乏科學家提出它們是射電外星文明發出的訊號。
但直接觀測證據一直缺乏。銀河源
11月5日，系磁星在發表于《自然》的快速3篇論文中，中外科學家通過多個衛星及地面望遠鏡的觀測認為，銀河系內的一顆磁星是今年觀測到的一個快速射電暴的起源。
這是人類首次確定一個快速射電暴的起源，也是首次在銀河系內觀測到快速射電暴。
磁星“引擎”獲證實
今年4月28日，一個無線電信號快速地劃過宇宙，被加拿大氫強度測繪實驗（CHIME）望遠鏡和美國瞬態天文射電發射測量2號（STARE2）望遠鏡捕捉到。
根據發現時間，它被命名為“FRB200428”。
盡管它只閃爍了千分之一秒，科學家還是通過多個頻段的測量確定了其來源——銀河系內正處于活躍期的一顆磁星SGR 1935+2154。
長期以來，關于快速射電暴的來源，科學家一直有不同的推測。
其中，磁星驅動理論受到廣泛支持。磁星是高度磁化的年輕中子星（超新星爆炸后的致密星遺跡），表面磁場可超過1014高斯，其衰變據認為能夠給射電暴、X射線、γ射線等一系列高能現象提供動力。
以此次發現的活躍磁星為例，CHIME團隊的Daniele Michille表示，它的磁場強到足以“把一個原子擠壓成鉛筆狀”。
那么，這次發現是否說明快速射電暴全部來源于磁星呢？美國內華達大學拉斯維加斯分校教授張冰在接受《中國科學報》采訪時表示，一個極端看法是宇宙中所有的快速射電暴都是由磁星產生的；另一個則是不否定“大自然的創造力”，存在不止一個起源。
據介紹，快速射電暴起源的相關模型有50多個，主流理論多指向大型致密天體，除磁星外，還有中子星碰撞、中子星與黑洞碰撞或黑洞碰撞等產生的“災變性”快速射電暴，非主流模型則有外星文明訊號等。
不過，這些均未得到驗證。
“快速射電暴模型的豐富反映了對其實測約束的缺乏，很大原因是過去發現的爆發都在銀河系外，距離遙遠。”中國科學院國家天文臺研究員李菂告訴《中國科學報》。他與張冰及來自北師大、北大等十幾家國內外單位的合作者同一天在《自然》發表了中國“天眼”500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）對這一磁星的監測結果。“此次河內射電爆發的發現以及包括‘中國天眼’及‘慧眼’衛星在內多個設備對其的深度觀測，提供了前所未有的信息。”他說。
珍稀的河內信號
與國外科學家同步，FAST團隊一直在用“天眼”密切監視著磁星SGR 1935+2154的動態。
“從4月15日到28日，我們分4個時段共計8小時監測它能否產生快速射電暴，或類似事件。”該研究第一作者、北京師范大學天文系講師林琳在接受《中國科學報》采訪時介紹。
有些遺憾的是，FAST的觀測窗口錯過了FRB 200428。
盡管如此，它記錄了在磁星高能爆發時段，特別是29個軟γ射線爆發時的靈敏監測數據，有助于了解引起快速射電暴的背景。
“磁星的高能爆發有很多，是不是所有的高能爆發都會產生快速射電暴？什么樣的物理機制下才會產生？我們的觀測正好給出了它產生的背景。”
該研究共同通訊作者、北京大學科維理天文與天體物理研究所副教授李柯伽說。
FAST團隊的研究表明，大部分磁星會產生高能爆發，如γ射線爆發，并不會產生快速射電暴。
原因是什么呢？他們在文中討論了幾種可能性：快速射電暴的射流比高能發射更準直，它們中的大多數都錯過了地球；其低頻爆發光譜較窄，脫離了FAST波段范圍；其超高亮度和溫度輻射機制的條件不一定總能得到滿足。
這是中外團隊首次證明磁星可以在銀河系內近距離產生快速射電暴。
STARE2團隊通訊作者、美國加州理工大學的Christopher Bochenek在接受《中國科學報》采訪時解釋說，“如果快速射電暴來自磁星，磁星與恒星的形成有關，而銀河系沒有‘足夠可怕’的恒星形成，這種現象就比較少”。
據了解，此次觀測到的FRB200428總能量比此前觀測到的河外快速射電暴的亮度低三個數量級。
專家表示，此次河內的無線電脈沖發現極大地拓展了人們的認知空間，更有利于了解這種信號背后的秘密。
國際協作 中國同步
起步晚，進步快。
快速射電暴起源及相關研究已經成為當前天文學界的新“網紅”。
2001年7月，一個持續5毫秒的明亮射電暴抵達澳大利亞的Parkes望遠鏡，2007年，它被西弗吉尼亞大學天文學家Duncan Lorimer確認，成為當時唯一的此類爆發事件。
直到2013年發現多個信號后，天文學家才相信它是一種真正的天體物理學事件，并將其命名為快速射電暴。
據介紹，目前發現的快速射電暴已達到1000量級。
“大約每半年，人們對快速射電暴的了解就會經歷一個巨大的飛躍。”張冰在同期發表于《自然》的特邀綜述文章中寫道，該領域的繁榮還表現在出版物和引文的穩步增長上，已經超過了伽馬射線爆發領域早期的水平。
盡管如此，關于快速射電暴的起源仍有許多懸而未決的關鍵問題。
例如，是否所有快速射電暴都會重復？它們的動力來源是否來自磁星“引擎”之外？磁星是如何產生快速射電暴的？回答這些問題都非易事。
有利的一面是，國際天文學界正在開展日益密切的協同觀測，此次發現FRB200428的起源就是一個例證。
“這說明當國際科學家團隊聚集在一起，以不同的方式研究一個現象時，會讓我們更深入地了解它。”
Bochenek說，除了FAST、CHIME、STARE2之外，中國的“慧眼”X射線衛星，位于中國、西班牙、新西蘭的BOOTES望遠鏡陣列，以及美國的LCOGT 望遠鏡等在這一發現中也發揮了重要作用。
在國內，開放的天文學研究設備正在吸引跨研究機構和學科領域的科研人員深入合作。
“我們有世界一流的科學裝置，比如FAST口徑大、靈敏度高，可以看到近處更暗的和宇宙更深處的快速射電暴，這都是別人做不了的。”林琳說。
同時，從觀測到數據處理再到理論解釋，FAST聯合觀測團隊中專家間的高效協作，以及該團隊與“慧眼”團隊的流暢溝通，也讓她印象深刻。
射電暴觀測項目作為一個為期5年的FAST優先重大計劃今年剛剛啟動，將進一步深入觀測射電暴事件，探測它們的起源，追溯它們的輻射方式。
“這是一個很重要的前沿方向，對宇宙深處快速射電暴的觀測，將為人們了解宇宙增添一個新工具。FAST正在作獨特的重要貢獻。”FAST首席科學家李菂說。
在這一方面，除“天眼”“慧眼”外，目前在建的長波段射電望遠鏡陣列“天籟”以及引力波探測器“天琴”“阿里”等未來也將加入快速射電暴協同觀測陣列，通過多波段協同，了解這種神秘“宇宙電波”的秘密。
相關報道：中國“天眼”運行穩定 有望捕捉宇宙大爆炸原初引力波
（神秘的地球uux.cn報道）據中新網：來自中國科學院國家天文臺的最新消息說，俗稱中國“天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)自2020年1月完成國家驗收以來運行穩定可靠，已取得發現逾240顆脈沖星等系列重大科學成果，并以其當今世界最強靈敏度射電望遠鏡的巨大潛力，有望捕捉到宇宙大爆炸時期的原初引力波。
中國年輕科研團隊林琳、張春風、王培3名博士等聯合利用FAST，對銀河系磁星軟伽馬重復暴源SGR 1935+2154進行多波段聯合觀測，在其發生高能暴發的同時，借助FAST超高的靈敏度對射電波段流量給出了迄今為止最嚴格的限制。這項研究成果說明軟伽馬重復暴(SGR)和快速射電暴(FRB)暴發具有較弱的相關性，磁星暴發產生FRB必須依賴于極其特殊的物理條件。該成果論文北京時間11月5日在國際著名學術期刊《自然》發表。
此前，北京大學教授、中科院國家天文臺研究員李柯伽團隊利用FAST探測到一例全世界目前僅有21例的快速射電暴重復爆FRB 180301，在國際上首次發現該重復爆的輻射具有非常豐富的偏振特征，顯示出磁層在快速射電暴輻射機制中的作用。這一成果論文已于10月底在《自然》發表。
在最新成果論文發表前夕，中科院國家天文臺4日在北京舉行FAST運行情況和科學成果新聞發布會稱，FAST的順利運行使得中國相關科研團隊迅速成為國際快速射電暴領域的核心研究力量，包括上述兩項成果在內，基于FAST數據發表的高水平論文已達40余篇。FAST近一年雖已提供觀測服務超過5200個機時，超過預期設計目標近2倍，但科學家申請觀測時間的競爭激烈。
李柯伽認為，FAST觀測揭示了FRB的磁層起源，已步入國際上開展FRB觀測的第一梯隊，必將不斷帶來令人振奮的科學突破。王培說，該團隊最新研究結果啟示磁星很可能是絕大部分FRB的起源，但不能排除其他起源的可能性，他們仍在持續FAST觀測，以更好理解磁星和FRB之間的潛在關系。
中科院院士、FAST科學委員會主任武向平指出，FAST自2021年起面向全世界開放，“中國天眼”將成為“世界巨眼”，體現構建人類命運共同體的理念。
中科院國家天文臺透露，FAST靈敏度現已達全球第二大單口徑射電望遠鏡的2.5倍以上，超強靈敏度使其在射電瞬變源方面具有巨大潛力，有望在短時間內實現納赫茲的引力波探測、捕捉到宇宙大爆炸時期的原初引力波，為研究宇宙大爆炸原初時刻的物理過程提供數據支撐。同時，FAST還有能力將中國深空探測及通訊能力延伸至太陽系邊緣，滿足國家重大戰略需求。
中科院院士、中科院國家天文臺臺長常進表示，FAST驗收運行以來取得的科學成果遠遠超過預期。FAST具有超高靈敏度，它會看到以前沒有看到的宇宙現象，未來可以期待它在科學上帶來很多大的驚喜。“相信未來兩三年，FAST將在快速射電暴發生的物理機制研究上會得出一個完美的結論”。
相關報道：不負眾望：中國天眼已發現二百四十多顆脈沖星
（神秘的地球uux.cn報道）據科技日報：11月4日，中國科學院國家天文臺召開新聞發布會宣布，中國天眼（FAST）自今年1月驗收以來，設施運行穩定可靠，近一年已經觀測服務超過5200個機時，達到預期設計目標近2倍。截至目前，FAST累計發現脈沖星數量超過240顆，基于FAST數據發表的高水平論文達到40余篇。FAST在快速射電暴方面的研究成果5日凌晨發表在國際科學期刊《自然》雜志上。
今年2月，FAST團隊克服疫情影響，正式啟動科學委員會遴選出的五個“優先和重大項目”，近百名科學家開始使用并處理FAST的科學數據。
“今年4月，時間分配委員會開始向國內天文界征集自由申請項目，目前已經接到170余份申請，申請的總時間約5500個小時，實際批準1500個機時，只有30%能得到支持，可見FAST望遠鏡觀測時間競爭相當激烈。”中國科學院院士、中國科學院國家天文臺臺長常進說。
FAST于2016年落成，它的反射面面積與大約30個標準足球場相當，是全球最靈敏的單口徑射電望遠鏡，大大拓展了人類的視野，也使中國天文學家有機會走到射電天文研究的最前沿。
常進表示，FAST全新的設計理念開創了建造巨型望遠鏡的新模式，突破了傳統全可動射電望遠鏡口徑大約百米的工程極限，同時也帶來了極大的技術挑戰。
FAST巨大的反射面能根據天體的位置實時地主動調節形狀，30噸的饋源艙在140米的高空、206米的范圍運動，所有的控制精度要達到毫米級。巨大工程體量、超高精度要求及特殊的工作方式，使FAST面臨前所未有的技術挑戰。
為此，工程團隊開展了一系列的技術攻關，克服了力學、測量、控制、材料、大尺度結構等領域諸多技術難題。
工程團隊研制了超高耐疲勞特性的鋼索，超過國內、國際相關標準規范的2.5倍；創新地采用世界上最大跨度柔性并聯機器人和剛性6自由度并聯機器人構成的兩級調整機構，實現了饋源均方根值10毫米的高精度定位；創造性地將衛星定位、慣導和全站儀多種測量技術融合，實現了全天候、大尺度、高精度、高采樣率的饋源支撐系統動態測量。
隨著性能的提升，FAST科學潛力逐步顯現。“FAST的靈敏度是全球第二大單口徑射電望遠鏡的2.5倍以上，這是中國建造的射電望遠鏡第一次在靈敏度這個重要指標上占據到了世界的制高點，對促進我國天文學實現重大原創突破具有重要意義。”FAST運行和發展中心常務副主任、總工程師姜鵬說，超高靈敏度使其在射電瞬變源方面具有重大潛力，有望在短時間內實現納赫茲的引力波探測、捕捉到宇宙大爆炸時期的原初引力波，為研究宇宙大爆炸原初時刻的物理過程提供數據支撐。
同時，FAST還有能力將我國深空探測及通訊能力延伸至太陽系邊緣，滿足國家重大戰略需求。
中國天眼FAST是由人民科學家、時代楷模南仁東先生于上世紀九十年代提出構想，歷時二十余年建設完成的巨型射電望遠鏡，前后四代數百名科研工作者前赴后繼為FAST建設調試運行付出了巨大努力。
相關報道：最神秘的宇宙信號，首次確定來源
（神秘的地球uux.cn報道）據環球科學：2007年，天文學家發現了一種持續時間只有幾毫秒的高能天體物理現象——快速射電暴（FRB）。10多年來，它的來源眾說紛紜，甚至更加神秘。發表于《自然》的最新研究，首次明確了FRB的一個來源——今年4月，兩個天文臺分別觀測到了銀河系內一顆磁陀星的射電爆，這表明磁陀星至少是部分FRB的來源。
最近，天文學家們一直在監測著距地球3萬光年處，一顆早已死亡的恒星殘骸所發出的奇特高能輻射該天體屬于“磁陀星”（magnetar），這是一種巨大的磁中子星。天文學家從中意外地發現了僅僅持續幾毫秒的強烈射電波爆發。這也是迄今觀測到的最為明亮的一次磁陀星爆發。
上述射電波爆發雖然源于我們所在的銀河系，但卻與一種名為快速射電暴（fast radio burst， FRB）的射電波閃變現象十分相似。FRB轉瞬即逝，極為明亮。此前的觀測記錄尚無法確定它由什么物體發出，但它們都來自其他星系。如今的新發現確定了這顆磁陀星是一次FRB的來源，或許能夠解決關于FRB起源的至少一個謎題，盡管謎底可能會引向更多謎團。
“這確實是一項突破，而不是濫用這個詞。” 荷蘭射電天文學研究所和阿姆斯特丹大學的杰森·赫塞爾斯（Jason Hessels）說道。此次的結果不能一下子解決所有關于FRB的問題，但可以使我們向這個目標邁出一大步。
今年4月下旬，至少有兩個射電天文臺發現了那次射電暴。研究團隊將射電波追溯到一個高磁性中子星，也就是前文提到的那顆恒星的殘骸。這顆位于銀河系深處的死亡恒星名為SGR 1935 + 2154，質量是太陽的40~50倍。在大約一周的時間內，它一直在向宇宙發射高能輻射。
這是人類首次觀測到伴隨如此大規模伽馬射線的射電暴。由于此次射電暴既明亮又短暫，如今一些天文學家把它視為研究數十億光年以外FRB的絕佳模型。
阿姆斯特丹大學的艾米麗·彼得羅夫（Emily Petroff）表示，即便如此，要使這種微弱的聯系更加明確，就需要清楚地評估該來源與先前觀察到的FRB有何不同。“正如研究FRB那樣，必須避免‘見樹不見林’。我們需要擔心的是，這個來源只是個特例。”
捕捉FRB
十多年來，FRB一直是宇宙中最難解的謎團之一。這些射電波以光速行進，通常在宇宙穿梭數十億年之后才會被我們觀測到。這意味著，釋放這些射電波的天體必須十分強大。到目前為止，觀測到的所有爆發均來自遙遠星系。關于此現象的起源，天文學家多年來已經提出了數十種假說，其中包括正在蒸發的黑洞、爆炸中的恒星、發生碰撞的巨大天體。當然，還有一些不太正經的猜想，認為這是外星人在傳輸的我們聽不懂的信息。
越來越豐富的觀測結果使假說更加完善。天文學家觀測到一些重復性的爆發，這說明其來源無論是什么，都不會在產生一次FRB后自毀。研究團隊將多臺望遠鏡對準天空中的多個位置，開始了對射電暴的實時捕捉。不久，好幾次射電暴的宿主星系都被追溯到了。然而，即使天文學家已收集了數百次爆發的數據，射電暴的起源仍然被疑云籠罩。
彼得羅夫說：“我們每一次找到的新射電暴，都會與之前有所不同。我原本希望每次找到一個新的時，它都能證實我們之前所了解到的所有知識，但是現實從來不是這樣的！射電暴遠比我們想象的多種多樣，因此我們必須更加專注。”
天文學家使用CHIME（加拿大氫強度測繪實驗）射電望遠鏡首次發現了這次新爆發。這臺位于加拿大西南部的望遠鏡，專門用來搜尋FRB。自2018年末啟用以來，已發現了數百個此類信號。這次新爆發出現在望遠鏡視野的外圍，但由于其十分強烈，仍然可以被輕易觀測到。
“這是一次來自磁陀星的非常明亮的射電暴。”多倫多大學的保羅·舒爾茨（Paul Scholz）說道，他在“天文學家電報”網站上向CHIME團隊實時報道了本次爆發事件。“這就是磁陀星與FRB之間的聯系嗎？有可能。”
接到通知后，加州理工學院的天文學家對他們在爆發后時間段內收集的數據進行了初步檢查。他們的觀測結果由位于加利福尼亞州和猶他州的三個射電天線共同收集，是STARE2（第2次瞬態天文射電發射調查）項目一部分，專門用于探測來自銀河系內部的FRB。
與CHIME不同，STARE2從正面捕捉到了該事件，這使研究人員可以快速計算爆發的亮度。據他們估計，爆發如果發生在已知距離最近的銀河系外FRB處（約5億光年外），那么從地球上仍然很容易被檢測到。對加州理工學院的斯里尼瓦斯·庫爾卡尼（Shrinivas Kulkarni）而言，此次爆發的亮度和毫秒級的持續時長，是其與FRB的決定性關聯。
STARE2項目的首席研究員庫爾卡尼表示，根據這些觀察結果，“FRB的一個合理起源，便是其他星系中的活躍磁陀星。如果我們等待得足夠久，也許這個磁陀星甚至將會產生更明亮的爆發。”
第三個觀測結果來自另一個使用了歐洲航天局的軌道INTEGRAL（國際伽馬射線天體物理學實驗室）觀測臺的團隊，他們把射電暴與同時來自同一物體的X射線暴聯系在一起，從而將其來源確定為磁陀星。在那之后，中國的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）則探測到了SGR 1935 + 2154的另一次射電暴，這次爆發的來源也指向磁陀星。庫爾卡尼說：“我敢用一年的工資打賭，就是這個來源。”
磁陀星爆發
幾年來，已有多種證據將磁陀星認定為造成FRB的“罪魁禍首”。這些中子星旋轉得極其迅速，并擁有極為強大的磁場，二者結合便可以產生巨大的輻射爆發。科學家還觀察到，一些FRB具有強烈而“扭曲”的極化現象。這表明它們起源于或曾穿過強磁環境，比如這些死亡恒星的周圍。
但答案的全貌尚未揭曉。赫塞爾斯說：“很長一段時間以來，人們一直在反駁說：‘但是我們從未見過銀河系中的磁陀星有什么動靜，它們的亮度甚至都稱不上明亮。既然如此，其他星系中的磁陀星怎么就可以呢？’”
如今，有了這項新發現，天文學家正在仔細研究FRB和磁陀星之間的聯系。“我不會說這就是最終的定論，或者這就是必不可少的中間環節，”彼得羅夫說，“但通過這項研究，我們距離找到銀河系中天體與產生FRB的天體之間的聯系更近了一步。”
天文學家指出，盡管此次爆發比從此前磁陀星中觀測到的任何爆發都要明亮，但它的強度仍然比大多數FRB弱幾個數量級。研究人員可能會首先發現較微弱的爆發，這在意料之中，因為微弱的爆發可能比非常明亮的爆發更多，正如輕微的地震比大地震更頻繁一樣。較強的恒星耀發（flare）也可能產生較強的射電暴。雖然罕見，但有些磁陀星可以產生強大的耀發，即使隔著遙遠的星際距離，它們也能改變地球的電離層。赫塞爾斯說：“我很想知道，如果我們捕捉到了一次那樣的巨型耀發，我們會看到堪比FRB那般明亮的爆發嗎？”
另一個未解的謎題是，FRB是否可以具有多個不同的來源？迄今為止，觀察到的大多數爆發都是獨立的事件，但也有十幾次有著神秘來源的爆發是反復發生的。距離我們最近（約有十億光年）的重復性FRB被稱為R3，每16天爆發一次。科學家懷疑，R3的周期性活動與鎖定在其引力范圍內的其他物體有關。但是，磁星SGR 1935 + 2154似乎沒有任何類似的軌道同伴。
赫塞爾斯說：“我希望不僅只有一種FRB。我也希望通過更深入的研究，可以同時發現很多東西。”
相關報道：NASA和加州理工學院發現了銀河系中一次快速無線電爆發的源頭
（神秘的地球uux.cn報道）據cnBeta：今年4月28日發生了一件令人興奮的事情，當時我們的星系內發生了一次強烈的x射線爆發。通常要找到宇宙中x射線射電爆發的源頭是非常困難的。事實上，這一次是在銀河系內發生的x射線爆發，這使得美國宇航局和加州理工學院的科學家更容易找到源頭。研究人員能夠確定這個來源是一個被稱為磁星的超磁性恒星殘骸。
這一發現證明了磁星可以產生神秘而強大的快速射電爆發（FRB），這是以前在其他星系中才發現的現象。在這一事件之前，各種各樣的場景被用來解釋FRB的起源。加州理工學院的博士生克里斯·博切內克（Chris Bochenek）領導了這一事件的一項研究，他說未來FRBs的故事可能會有曲折，但他相信，公平地說，在沒有其他證據之前，大多數快速射電爆發來自磁星。
磁星是一種中子星，它是由一顆質量比太陽大很多倍的恒星殘骸破碎而成的，大致相當于一座城市的大小。它們產生的磁場比冰箱磁鐵強10萬億倍，比典型中子星強上千倍。同步爆發的X射線部分被多顆衛星探測到，其中包括美國宇航局的相關任務。FRB的射電部分是由加拿大氫強度測繪實驗（CHIME）發現的，CHIME是不列顛哥倫比亞省的一個射電望遠鏡。美國宇航局（NASA）資助的一個名為“瞬態天文射電輻射2號（STARE2）”的項目也探測到了無線電爆發。星際2號也探測到了無線電脈沖。
該項目的多名研究人員能夠確定爆炸的能量與FRB相當。據信發生FRB的磁星被稱為sgr1935+2154，位于Vulpecula星座。每次發射的x射線爆發持續不到一秒，而產生它們的風暴肆虐了數小時。
(責任編輯：綜合)
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