◎ 科技日報記者 陸成寬

如果評選2020年全球最受關(guān)注的科學(xué)研究成果，毫無疑問，快速射電暴來自磁星這一發(fā)現(xiàn)，肯定是其中之一。

因為這一成果同時獲得了全球兩大頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》和《科學(xué)》的“加持”，被英國《自然》雜志評為2020年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，也被美國《科學(xué)》雜志列入2020年十大科學(xué)突破。而這一發(fā)現(xiàn)的重要支撐就是慧眼衛(wèi)星。

2月19日，中科院高能物理研究所召開新聞發(fā)布會，介紹我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星慧眼衛(wèi)星在這一發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮的重要作用。

當(dāng)天，《自然·天文學(xué)》也在線發(fā)表了慧眼衛(wèi)星的觀測結(jié)果。慧眼衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)首個跟神秘的快速射電暴相關(guān)聯(lián)的X射線暴，確認(rèn)其來自銀河系內(nèi)的磁星SGR J1935+2154，并在國際上首先證認(rèn)該X射線暴包含的兩個X射線脈沖是快速射電暴的高能對應(yīng)體。

“這一發(fā)現(xiàn)與國際上其它望遠(yuǎn)鏡的觀測一起，證明快速射電暴可以起源于磁星爆發(fā)，破解了快速射電暴的起源之謎，并為理解快速射電暴的輻射機(jī)制和磁星的爆發(fā)機(jī)制提供了至關(guān)重要的數(shù)據(jù)。”發(fā)布會上，慧眼衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院高能所研究員張雙南說。

快速射電暴（FRB），廣袤宇宙中一種射電波瞬間暴發(fā)的現(xiàn)象，持續(xù)時間極短，通常只有幾毫秒，他們往往“神龍見首不見尾”，閃現(xiàn)幾毫秒，便再無蹤跡，其起源和產(chǎn)生機(jī)制是當(dāng)今天文學(xué)最大的謎題之一。

事實上，關(guān)于快速射電暴的來源，主流的理論假說可以分為兩派。一派認(rèn)為它來自磁星的磁層；另一派則認(rèn)為，某些致密天體爆發(fā)會產(chǎn)生激波，快速射電暴便來源于激波相互作用驅(qū)動的輻射。近年來，兩大派系一直爭論不休。

“要弄清快速射電暴產(chǎn)生的原因，關(guān)鍵有兩點(diǎn)：第一是要找到其對應(yīng)的天體，第二是看到快速射電暴在其它波段的輻射，限制其物理機(jī)制。”張雙南說。

2020年4月28日， 英國格林威治時間下午2點(diǎn)34分，加拿大CHIME實驗和美國STARE2實驗同時看到了一個亮度極高的快速射電暴，被命名為FRB 200428，其方向與銀河系內(nèi)的磁星SGR J1935+2154方向大概一致，而且根據(jù)恒星際介質(zhì)對不同頻率射電信號之間的時間延遲推算，暴發(fā)源的距離為大約3萬光年，也跟SGR J1935+2154大致相符，因此，F(xiàn)RB 200428很可能起源于銀河系內(nèi)的這顆磁星，但還需要更多的觀測證據(jù)加以確認(rèn)。

2020年4月中旬，SGR J1935+2154進(jìn)入了一個新的活躍期，開始出現(xiàn)頻繁的X射線暴發(fā)。

在這種情況下，慧眼衛(wèi)星調(diào)整了既定的觀測計劃，對這顆磁星進(jìn)行了長時間定點(diǎn)觀測。在FRB 200428之前約8.6秒，慧眼衛(wèi)星探測到了來自這顆磁星方向的一個極亮的X射線暴發(fā)，它同時也被歐洲的INTEGRAL衛(wèi)星、俄羅斯的KONUS-WIND探測器和意大利的AGILE衛(wèi)星監(jiān)測到。

這個時間差別正好與恒星際物質(zhì)對射電信號的延遲相當(dāng)，說明X射線暴和快速射電暴起源于同一次爆發(fā)。此外，慧眼衛(wèi)星基于獨(dú)特的準(zhǔn)直器設(shè)計，對X射線暴進(jìn)行了高精度定位，從而證明了該X射線暴和快速射電暴都來自這顆磁星。

這是人類首次確認(rèn)快速射電暴的起源天體，也是首個起源于銀河系內(nèi)的快速射電暴。對于理解快速射電暴的物理本質(zhì)，這是一個重要的里程碑。

張雙南表示，跟其它高能天文衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)相比，慧眼衛(wèi)星對FRB 200428的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計性最好、能區(qū)覆蓋最寬，提供了最為豐富、精細(xì)的時變和能譜信息。慧眼衛(wèi)星還是國際上獨(dú)立定位了該X射線暴的兩顆天文衛(wèi)星之一，定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于探測到FRB 200428的兩個射電望遠(yuǎn)鏡的精度。

在這個X射線暴發(fā)的光變曲線中，慧眼衛(wèi)星探測到兩個X射線脈沖跟快速射電暴的兩個峰在時間上高度吻合，該結(jié)果后來也被其它衛(wèi)星的數(shù)據(jù)所證實。慧眼衛(wèi)星還是唯一給出了暴發(fā)期間X射線能譜詳細(xì)演化的設(shè)備，發(fā)現(xiàn)該X射線暴峰值處的X射線能譜和其它時間段暴的能譜顯著不同，同時也與絕大多數(shù)的磁星X射線暴明顯不同。這些結(jié)果對于理解快速射電暴的產(chǎn)生機(jī)制至關(guān)重要。

“總而言之，慧眼衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了，該X射線暴來自于磁星SGR J1935+2154；該X射線暴的兩個X射線脈沖是該快速射電暴的高能對應(yīng)體；該X射線暴的能譜十分特殊。”張雙南強(qiáng)調(diào)，因此，慧眼衛(wèi)星證認(rèn)了快速射電暴的磁星起源。

同時，這次對該磁星和快速射電暴的觀測，也體現(xiàn)了慧眼衛(wèi)星作為空間天文臺的強(qiáng)大科學(xué)能力。

來源：科技日報

編輯：張琦琪

審核：管晶晶

終審：冷文生

關(guān)鍵詞： 自然 科學(xué) 同時 發(fā)現(xiàn)