一个国际研究团队的天文学家，包括来自香港大学物理系的科学家，发现了迄今为止最清晰的证据，表明一些快速射电暴起源于双星系统。快速射电暴是来自遥远星系的、仅持续毫秒的、极其强大的射电波爆发。在此之前，人们普遍认为这些信号来自单一的、孤立的恒星。
新发现表明，至少有一部分快速射电暴源是恒星对的一部分，即两颗恒星相互绕转。这一发现重塑了关于这些神秘信号来源及其产生方式的长期假设。
该团队利用位于贵州、广为人知的“中国天眼”——五百米口径球面射电望远镜取得了这一突破。在观测一个距离地球约25亿光年的重复快速射电暴时，研究人员探测到了一个独特的信号，指向附近存在一颗伴星。发表在《科学》杂志上的这些结果，基于近20个月的详细监测。
一个稀有信号指向伴星
射电波携带着它们穿越空间环境的线索，包括其偏振状态的变化。通过研究这些变化，天文学家可以了解快速射电暴源周围的环境。在观测过程中，团队探测到了一个被称为“旋转测量耀变”的异常事件。这涉及到射电信号偏振特性的突然而剧烈的变化。
研究人员认为，这次耀变是由一颗伴星的日冕物质抛射引起的。这样的爆发会释放出一团致密的磁化等离子体云，当其穿过视线方向时，会暂时改变快速射电暴源周围的空间。
“这一发现为至少一部分重复快速射电暴的起源提供了决定性的线索，”香港大学物理系天体物理学讲座教授、香港大学天体物理学研究所创始所长、该论文的通讯作者之一张冰教授说。“证据强烈支持一个包含磁星——一种拥有极强磁场的中子星——和一颗类似太阳的恒星的双星系统。”
为何重复快速射电暴很重要
快速射电暴在极短的时间内释放出巨大的能量，尽管它们只持续毫秒。大多数快速射电暴只被探测到一次，因此难以研究。然而，有一小部分会重复爆发，这为天文学家提供了追踪随时间变化和揭示模式的难得机会。
自2020年以来，五百米口径球面射电望远镜通过一个由张冰教授共同领导的专门的快速射电暴关键科学项目，一直在密切监测重复快速射电暴。其中一个名为FRB 220529A的源成为了这项新发现的核心。
“FRB 220529A被监测了数月，最初看起来并不起眼，”张冰教授说。“然后，在经过长达17个月的长期观测后，真正令人兴奋的事情发生了。”
追踪信号的突然变化
快速射电暴以其接近100%的线偏振而闻名。当射电波穿过磁化等离子体时，其偏振角会随频率变化而发生偏移，这个过程称为法拉第旋转。这种效应用一个称为旋转测量的值来衡量。
“在2023年底，我们探测到旋转测量值突然增加了超过一百倍，”论文第一作者、紫金山天文台和中国科学技术大学的李晔博士说。
“随后旋转测量值在两周内迅速下降，恢复到之前的水平。我们称之为‘旋转测量耀变’。”
这种短暂但极端的变化与一团致密的磁化等离子体云穿过快速射电暴与地球之间的路径相一致。
“一个自然的解释是，附近的一颗伴星抛射了这团等离子体，”张冰教授解释道。
“这样的模型能很好地解释观测结果，”论文共同第一作者、云南大学教授杨元培说。“所需的等离子体团块与太阳和银河系中其他恒星发起的日冕物质抛射是一致的。”
尽管在如此遥远的距离上无法直接看到伴星本身，但通过使用五百米口径球面射电望远镜和澳大利亚帕克斯望远镜进行的持续射电观测，它的存在变得清晰起来。
快速射电暴的更广阔图景
“这一发现之所以成为可能，得益于使用世界顶级望远镜的坚持不懈的观测，以及我们专注的研究团队的不懈努力，”论文主要通讯作者、紫金山天文台和中国科学技术大学的吴雪峰教授说。
这些发现也支持了由张冰教授及其合作者提出的一个更广泛的理论框架。在这个模型中，所有的快速射电暴都是由磁星产生的，而双星系统内的相互作用有助于创造一些条件，使得其中一些源能够更频繁地发射重复爆发。持续进行的长期监测可能有助于科学家确定双星系统在快速射电暴源中有多普遍。
合作与支持
这项研究涉及来自香港大学、紫金山天文台、云南大学、中国科学院国家天文台等机构的科学家。吴雪峰教授（紫金山天文台）、姜鹏教授和朱炜玮教授（国家天文台）以及香港大学物理系的张冰教授担任共同通讯作者。
资金来自国家自然科学基金以及其他国内和国际资助。观测时间由五百米口径球面射电望远镜快速射电暴关键科学项目（朱炜玮和张冰为共同首席研究员）、一个五百米口径球面射电望远镜主任机动时间项目（由吴雪峰和姜鹏协调）以及单独的五百米口径球面射电望远镜和帕克斯望远镜首席研究员项目（首席研究员：李晔和张松波）提供。
