快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現象，在1毫秒的時(shí)間內釋放出太陽(yáng)大約一整年才能輻射出的能量。FRB的研究歷程并不長(cháng)，2007年首次確定了它的存在，2016年探測到第一例重復爆發(fā)的FRB，打破了人們對FRB的傳統認知，目前該領(lǐng)域已成為天文學(xué)最新研究熱點(diǎn)之一。全球已公布了近500例FRB，僅不到10例有活躍爆發(fā)（即在其窗口期內頻繁爆發(fā)）。此前并未發(fā)現存在持續活躍的重復快速射電暴。

　　近日，中國科學(xué)院國家天文臺研究員李菂領(lǐng)導的國際團隊，通過(guò)中國天眼FAST的“多科學(xué)目標同時(shí)巡天（CRAFTS）”優(yōu)先重大項目，發(fā)現了迄今為止唯一一例持續活躍的重復快速射電暴 FRB 20190520B。之后該團隊通過(guò)組織多臺國際設備天地協(xié)同觀(guān)測，綜合射電干涉陣列、光學(xué)、紅外望遠鏡以及空間高能天文臺的數據，將FRB 20190520B定位于一個(gè)距離我們30億光年的貧金屬的矮星系，確認近源區域擁有目前已知的最大電子密度，并發(fā)現了迄今第二個(gè)FRB持續射電源對應體（Persistent Radio Source , PRS）。上述發(fā)現揭示了活躍重復暴周邊的復雜環(huán)境有類(lèi)似超亮超新星爆炸的特征，挑戰了對 FRB 色散分析的傳統觀(guān)點(diǎn)，為構建快速射電暴的演化模型、理解這一劇烈的宇宙神秘現象打下了基礎。該成果于北京時(shí)間2022年6月9日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表。

　　論文第一作者、中科院國家天文臺青年學(xué)者牛晨輝在系統處理FAST數據的過(guò)程中，發(fā)現2019年5月20日的數據存在重復的高色散脈沖。基于這一發(fā)現，團隊通過(guò)與美國甚大陣列望遠鏡合作，在2020年7月完成亞角秒量級的精確定位，并探測到了一顆與之對應的致密的持續射電源（PRS）。隨后通過(guò)美國帕洛瑪 200 英寸望遠鏡和凱克望遠鏡、加拿大-法國-夏威夷望遠鏡和日本斯巴魯近紅外光學(xué)望遠鏡確定了FRB 20190520B的宿主星系和紅移，推導出其宿主星系貢獻了總色散值的80%，為目前已知所有快速射電暴源中最高。進(jìn)一步結合散射特征，團隊提出宿主星系的色散主要來(lái)自鄰近FRB爆發(fā)源的區域，該區域高電子密度導致的高色散值也使得FRB 20190520B遠遠偏離經(jīng)典的色散與紅移關(guān)系（如圖1）。

　　此次FAST發(fā)現的FRB 20190520B與美國阿雷西博望遠鏡2016年發(fā)現的FRB 20121102A非常相似。FRB 20121102A是人類(lèi)發(fā)現的第一個(gè)快速射電暴重復暴和第一個(gè)被定位的FRB，也是此前唯一被確認有致密射電源對應體的FRB。二者都極為活躍，都擁有復雜的電磁環(huán)境，而FRB 20190520B各方面的特征都更為極端：例如FRB 20121102A存在爆發(fā)活躍期，但是FRB 20190520B從未停止爆發(fā)，目前FAST已經(jīng)探測到了后者幾百次爆發(fā)。本研究發(fā)現的初步結果公布后，引起了國際天文界的廣泛關(guān)注，這一重要發(fā)現已經(jīng)催生數篇創(chuàng )新模型文章，例如散射時(shí)標模型、超新星爆炸解釋等。

　　綜合FAST的近期觀(guān)測數據，FRB 20121102A和FRB 20190520B很可能處在快速射電暴初生階段。FAST的持續觀(guān)測，特別是執行“快速射電暴巡天”優(yōu)先重大項目，有望建立全新的FRB演化圖景。

　　FRB領(lǐng)域創(chuàng )始人鄧肯·洛里默對此評價(jià)說(shuō)：“基于FRB 20190520B這些特征及其持續射電源的存在，我認為快速射電暴可能有不同的分類(lèi)。隨著(zhù)快速射電暴樣本的持續增長(cháng)，預計未來(lái)幾年內，我們能夠撥開(kāi)快速射電暴神秘的面紗。”

　　FAST“多科學(xué)目標同時(shí)巡天（CRAFTS）”優(yōu)先重大項目迄今已經(jīng)發(fā)現至少6例新的FRB，正在為揭示宇宙中這一神秘現象的機制并推進(jìn)天文學(xué)這一全新領(lǐng)域的研究做出獨特的貢獻。

圖1. 從色散-紅移關(guān)系上清晰可見(jiàn)FRB 20190520B擁有最大的宿主星系電子密度。圖中斜線(xiàn)為包含了宇宙主要重子物質(zhì)成分的“Macquart Relation”。

圖2. 夜空下的中國天眼FAST和美國甚大天文陣列望遠鏡（非實(shí)景圖）