首次！一天4篇Nature齐发，一百多位作者把科研做到了银河系~

纳米人

2020-11-06

有时候，成为一名天体物理学家就像是在做侦探工作，要把证据拼凑在一起是很复杂的。因为观测往往是在一个现象发生后才开始进行的，它们不可预期并且很难被探测到。

快速射电暴(FRBs)

2007年，科学家首次发现一种来自外太空、持续时间只有几毫秒的无线电波闪光，称之为快速射电暴(FRBs)。经过十几年的研究，仍然不知道它们的确切成因，只知道一定是某种非常强大的东西。由于它们的寿命很短，因此探测它们并确定它们的确切来源位置特别具有挑战性。

作为天文界的研究热点，天体物理学家们已经提出一系列关于解释FRB来源的理论。这些理论中的大多数都把某些类型的恒星残骸作为FRB的来源。特别是，被称为磁星的中子星已经成为主要候选恒星，因为它们强大的磁场可以作为驱动FRB的“发动机”。

检验这些理论的一个关键方法是将FRBs与其他一些天文现象联系起来。因此，将FRB的来源维度缩小至关重要，这样FRBs与磁星之间的联系就会很明确。然而，到目前为止，还没有观测证据将FRB与磁星直接联系起来。

首次在银河系内观测到FRB

2020年11月5日，中外多个国家的科学家同时在Nature发表3篇研究论文，他们通过多个卫星及地面望远镜的观测，探测报告首次确定了FRB的起源。同期，南非开普顿大学Amanda Weltman等人在Nature发表论文，对此进行述评。

这是科学家首次在银河系内观测到FRB，他们认为银河系内的一颗磁星是今年观测到的FRB的来源，这将帮助我们了解FRB的起源。

2020年4月27日，两个太空天文台——绕行地球的尼尔·格雷尔斯雨燕天文台和费米伽马射线太空望远镜探测到来自银河系的磁星SGR 1935+2154的多次x射线辐射爆发。而次日4月28日，位于加拿大的氢强度测绘实验（CHIME）射电望远镜接收到了一个毫秒级的快速射电暴，按照快速射电暴的命名规则，科学家们将它称作FRB 200428。

科学家们将这次FRB现象与磁星X射线爆发联系起来，第一次定位了FRB现象的来源——磁星SGR 1935+2154。这些发现由CHIME/FRB团队（The CHIME/FRB Collaboration）首次宣布，并以“A bright millisecond-duration radio burst from a Galactic magnetar”为题发表在Nature杂志上。

同一天（4月28日）的FRB现象同样被美国瞬态天文射电发射测量2号（STARE2）望远镜所观测到，来自加州理工学院Bochenek（STARE2团队）等人同期在Nature杂志上发表了题为“A fast radio burst associated with a Galactic magnetar”的论文。Bochenek等发现的FRB现象要比CHIME/FRB团队宣布的要明亮1000倍。这个差异在CHIME/FRB团队重新校准数据后得到了确认，得到的结果亮度与Bochenek及其同事确定的相同。

与国外科学家同步，国内科学家也一直在用中国“天眼”——500米口径球面射电望远镜（FAST）密切监视着磁星SGR 1935+2154的动态。然而遗憾的是，FAST的观测窗口错过了FRB 200428。但它记录了在磁星高能爆发时段，特别是29个软γ射线爆发（soft-γ-ray repeater，SGR)时的灵敏监测数据，有助于了解产生FRB的背景。

来自北京师范大学、北京大学、中国科学院国家天文台等十几家国内外单位合作（以下称FAST团队），在同期Nature上以“No pulsed radio emission during a bursting phase of a Galactic magnetar”为题发表了论文。他们的研究表明，大部分磁星会产生高能爆发，如SGR爆发，但SGR爆发与FRB的关联性很弱。

“磁星的高能爆发有很多，是不是所有的高能爆发都会产生快速射电暴？什么样的物理机制下才会产生？我们的观测正好给出了它产生的背景。” 该研究共同通讯作者、北京大学科维理天文与天体物理研究所副教授李柯伽说。除此之外，这项研究也将本次FRB的来源定位在磁星SGR 1935+2154附近的一小片区域内。

全球合作

这一次FRB来源的“盛宴”，是一次多国家多团队的共同成果，除了CHIME、STARE2、 FAST之外，中国的“慧眼”X射线卫星，位于中国、西班牙、新西兰的BOOTES望远镜阵列，以及美国的LCOGT 望远镜等在这一发现中也发挥了重要作用。

FRB 200428是第一个被探测到的非无线电波发射的FRB，第一个在银河系被发现的FRB，也是第一个与磁星有关的FRB。这也是迄今为止测量到的最亮的银河系磁星射电暴，这可能解决了这个领域的一个关键难题。

FRB 200428的发现证明磁星确实可以引发FRB。此外，FRB 200428是亮度可以媲美来自其他星系的FRB的银河系射电暴，这也提供了关键的证据，证明银河系外的FRB的来源可能是磁星。

未来可期

有趣的是，磁星产生FRB的机制有好几种，每一种都有不同的观测特征。因此，这项新的结果开启了一系列令人兴奋的有待探索的问题。例如，什么样的理论机制能产生如此明亮但罕见的与x射线对应的FRB？有一种可能性是，来自磁星的耀斑与周围介质碰撞，从而产生冲击波。

有一点是肯定的，对附近星系快速形成的恒星的观测，对于发现类似FRB 200428的事件将是至关重要的，这将帮助确定FRB实际形成机制。

其他磁星产生FRB的机制也会产生伴随的中微子爆炸。因此，真正意义上的多信道天文学（Multi messenger astronomy）还有发展的空间，即协调使用完全不同的信号类型，如电磁辐射和中微子，为解开这个宇宙之谜提供另一个关键线索。此外，这一发现突出了在天文学方面进行国际科学合作以及在多个地点进行天空覆盖式观测的必要性。

参考文献：

1. The CHIME/FRB Collaboration. A bright millisecond-duration radio burst from a Galactic magnetar. Nature 2020, 587,54–58.

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2863-y

2. L. Lin et al. No pulsed radio emission during a bursting phase of a Galactic magnetar. Nature 2020, 587,63-65.

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2839-y

3. C. D. Bochenek et al. A fast radio burst associated with a Galactic magnetar. Nature 2020, 587, 59-62.

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2872-x

4. Amanda Weltman et al. A fast radio burst in our own Galaxy. Nature 2020, 587, 43-44.

https://www.nature.com/articles/d41586-020-03018-5