快速射电爆发(FRB)是宇宙中一种相当神秘的射电爆发活动，其物理起源至今不明。自2007年科学家首次发现快速射电爆发以来，这一天体物理现象成为近年来天文学领域的研究热点。天文学家试图从这些来自宇宙深处的裂纹中获得关于宇宙星系间介质的重要灵感。
北京时间6月8日23: 00，国际权威学术期刊《自然》( Nature ),发表了中国国家天文台研究员团队李伟取得的又一项关于快速射电爆发的重要观测研究成果。该团队报告了一个新探测到的活跃快速射电爆发FRB 20190520B，发现它与一个致密的射电持久源有关，并最终将其定位在距离我们30亿光年的矮星系中。6月9日，论文第一作者、国家天文台博士后牛在接受报记者采访时表示，FRB 20190520B与人类发现的首个重复快速射电爆发FRB2012102A有一些相似特征，但其宿主星系环境更复杂。而且，与其他只在窗口期爆发的快速射电暴不同，FRB 20190520B持续活跃。这一发现可能为理解快速射电爆发的起源和分类带来重要启示。
2007年，美国天文学家邓肯·洛里梅在分析2001年澳大利亚巴夏礼望远镜观测到的数据时，首次发现了快速射电爆发这一神秘的天文现象。射电暴的电磁辐射脉冲持续时间只有几毫秒，但却能释放相当于太阳一整年释放的能量。近年来，快速射电爆发已被天文学家用于研究星系间介质(星系之间)中的物质，如重子。
“这一发现的第一个亮点是重复的快速射电爆发FRB 20190520B具有连续的活动。”陈晖介绍了这份文件。
2019年，李易团队利用位于中国贵州省的500米口径球面射电望远镜(FAST)-“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”，首次探测到频率为1.05-1.45 GHz的重复快速射电爆发FRB20190520B。研究人员在最初的观测中发现了4次爆发，在2020年4月至2020年9月的每月跟踪观测中，共观测到75次爆发，这表明该射电爆发保持了较高的活动性。
牛陈晖说，全世界观测到的快速射电暴有近500个，其中只有24个是重复的快速射电暴，但活跃的不到10个。“即使是可以重复观测的快速射电爆发，大部分也有活跃的窗口期。比如之前发现的第一个重复的快速射电爆发FRB 20121102A，我们可以在一个小时内观测到100多个爆发，但之后就会衰减甚至观测不到。在FRB 20190520B的观测中，我们尝试了不同的时间窗，每次都能观测到爆发。”
“目前，只有这一个这样的重复快速射电爆发继续活跃。”牛辉说。
这项观测研究的另一个重要发现是，新观测到的重复快速射电爆发FRB 20190520B与一个致密射电持久源有关，这是第二个与致密射电持久源一起发现的快速射电爆发。
作为CRAFTS项目的一部分，李毅的团队与卡尔·g·扬斯基甚大阵列(VLA)合作，利用“realfast”快速瞬态探测系统定位了重复快速射电暴FRB 20190520B，并确定了其宿主恒星系统(j 160204.31 111718.5)。它是一个矮星系，红移z = 0.241±0.001，相当于1218 Mpc的光度距离。消光校正后的Hα亮度为LHα= 7.4±0.2×1040 erg S1，星系的恒星形成率约为0.41 m ⊙ YR1。
据报道，在FRB 20190520B之前，已经定位了超过12个快速射电暴，其中包括5个重复快速射电暴，但只有首次发现的重复快速射电暴FRB2012102A与一个致密的射电持久源相关联，FRB2012102A也存在于一个类似的矮星系中。
牛陈晖告诉该报，“FRB2012102A是第一个已知的伴随着密集射电持续源(PRS)的重复快速射电爆发。另一个重复的快速无线电突发FRB 20201124A也与无线电持续源有关。但分辨率更高的观测表明，其射电持久源的亮度与宿主星系中恒星形成区的亮度一致，这意味着这个射电持久源是由恒星形成区产生的。”相比之下，FRB 20190520B对应的射电持久源并不来自恒星形成区，因为它的光度意味着恒星形成速率约为10 M⊙yr-1，相当于宿主星系实测恒星形成速率的25倍，同质量星系最高观测恒星形成速率的5倍。因此，研究人员认为它更有可能与致密连续射电源有关。
这项观测研究的特别之处在于，之前的研究认为宿主星系通常对快速射电爆发的色散测量(DM)影响不大。然而，经过计算，李勇团队发现FRB20190520B主星系的色散约为903 pc cm-3，比此前已知的FRB主星系平均色散高出近一个数量级。
色散是天体物理学中的一个重要度量。据了解，随着电磁辐射在充满星际介质和星系间介质的空室中传播，色散现象会使射电发射的不同频率成分在不同时间到达地球。“色散”可以通过测量到达时间随频率的变化来获得。测量的量可以看作是从快速射电爆发到地球沿途介质中电子密度随径向距离的积分，它包含了这个方向上大宇宙尺度的等离子体分布信息。
如果可以得到一个快速射电爆发的总DM值，那么这个DM值就可以分解成几个部分:银河系星际介质的DM，FRB宿主星系的DM，星系间的DM。DM(宿主星系)= DM(快速射电爆发)DM(银河系)—DM(星系际介质)。
牛陈晖对论文说，“简而言之，宿主星系的色散可以对应宿主星系环境中的等离子体浓度，从而反映环境的性质和特征。”
研究人员计算出宿主星系FRB 20190520B的DM约为903 pc cm-3，而第一个已知的重复快速射电爆发FRB2012102A的DM约为300 pc cm-3。FRB 20190520B显示的DM(主机星系)差不多是FRB2012102。对此，研究人员推测，如果DM(宿主星系)中有相当一部分来自射电爆发周围的介质，那么射电爆发的形成可能与致密的射电持续源和变化的磁场有关，而FRB2012102A和FRB 20190520B等重复的快速射电爆发更像是演化早期的射电爆发。
该研究人员得出结论，“重复或非重复的快速射电爆发可能包含不同的子类，而这些子类要么处于不同的进化阶段，要么由不同的物理机制产生。”
中国天文学家对快速射电爆发的探索和研究仍在继续。牛辉告诉论文，CRAFTS项目是由李勇研究员负责的重大FAST优先项目，寻找快速射电暴是该项目的一个重要方向。由国家天文台朱伟伟研究员负责的FAST的另一个优先项目FAST射电爆发项目，为FRB 20190520B的后续观测提供了重要支持。
“我们对FRB 20190520B进行了每周一次的例行监测，截至目前，已获得数百个爆裂样本。结合这些样本，我们将对其色散演化、能量分布、快速射电暴特征等开展后续研究。”牛辉说。
论文链接:https://www.nature.com/articles/S41586-022-04755-5
