中国天眼发现快速射电暴双星起源的关键证据

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近日，由中国科学院紫金山天文台牵头，联合国内外多家研究机构组成的研究团队，利用我国500米口径球面射电望远镜(“中国天眼”，FAST)取得重要突破——在国际上首次捕捉到重复快速射电暴(FRB)的法拉第旋转量(RM)发生剧烈跳变并随后回落的详细演化过程。这一独特发现结果为“快速射电暴起源于双星系统”的假说提供了关键的观测证据，相关研究成果已于北京时间2026年1月16日在线发表在国际学术期刊《科学》(Science)。

快速射电暴是宇宙中最神秘的射电爆发现象之一，其持续时间仅为数毫秒，却能在瞬间释放相当于太阳一整周辐射总和的巨大能量。自2007年被首次发现以来，这类“宇宙射电脉冲闪”的起源机制一直是天体物理学领域的重要谜团。科学界普遍推测其与中子星等致密天体有关，而部分重复爆发的快速射电暴所呈现的爆发周期性特征，暗示其起源天体可能处于双星系统中，但长期缺乏直接观测证据支撑这一猜想。

为破解这一谜题，研究团队利用中国天眼的超高灵敏度优势，对重复快速射电暴FRB 20240529开展了长达2.2年的持续监测。法拉第旋转量作为反映射电信号传播路径上磁化等离子体密度与磁场强度的关键参数，如同一个精准的“宇宙磁环境探针”，能帮助科学家捕捉天体周围的环境变化。

在为期一年半的常规监测中，FRB 20240529的法拉第旋转量始终在-300至+300 弧度/平方米的范围内小幅波动，中位数仅为17 弧度/平方米。但在2024年12月，研究团队观测到一个突破性现象：该暴源的法拉第旋转量突然急剧飙升至1977±84 弧度/平方米，达到此前变化水平的约20倍，随后又在短短两周内单调下降，逐步恢复至正常波动范围。这种剧烈、快速且可逆的磁环境变化，在快速射电暴研究史上尚属首次被记录。

科研团队通过详细分析指出，这一现象的核心物理机制是：一团来自快速射电暴起源天体附近的致密磁化等离子体云，在数周内恰好穿过了地球与暴源之间的观测视线。这一过程与太阳系内太阳活动引发的“日冕物质抛射”极为相似——恒星通过剧烈活动抛射出携带磁场的等离子体云，当这些物质穿过观测视线时，便会引发法拉第旋转量的显著变化。

进一步的模型比对与物理分析表明，若FRB 20240529起源于一颗孤立的中子星，现有理论无法解释如此大幅且快速的磁环境突变；而如果其处于双星系统中，来自伴星的剧烈活动(如星冕物质抛射)或双星轨道的特殊几何结构，能自然且合理地产生观测到的法拉第旋转量“跳变-回落”事件。这一发现为快速射电暴的“双星起源”模型提供了强有力的观测支撑。

“快速射电暴的起源机制一直是天体物理领域的重大谜题，其毫秒级持续时间内释放的巨大能量，暗示着极端的物理环境与辐射机制。而此次中国天眼捕捉到的法拉第旋转量 20 倍飙升与快速回落，清晰揭示了致密磁化等离子体云穿过观测视线的过程，这与双星系统中伴星的剧烈活动高度契合，为我们破解快速射电暴起源之谜迈出了重要一步。”中国科学院院士、紫金山天文台研究员史生才说。

“这一成果令人振奋，它彰显了中国天眼在开展长期监测观测方面的强大实力。将中国天眼这类高性能设备，与加拿大氢强度测绘实验望远镜(CHIME)等巡天设备相结合，我们对这类奇特天体的认知将持续实现跨越式提升。”西弗吉尼亚大学物理学与天文学系教授邓肯・洛里默说。

值得关注的是，FRB 20240529属于信号暗弱的暴源，其多数爆发难以被其他望远镜有效探测。此次突破的取得，既得益于中国天眼无与伦比的灵敏度——能捕捉到极微弱的射电信号。此外，也离不开研究团队创新的数据处理方法，从海量观测数据中精准提取出关键偏振信息。在事件发生前后，科研团队与中国天眼运行和发展中心高效协同，及时调整观测策略，确保了整个演化过程的数据完整性，充分展现了我国大科学装置的技术优势与科研团队的协作能力。

本项研究由中国科学院紫金山天文台、中国科学技术大学、澳大利亚联邦科学与工业研究组织(其所属的Parkes望远镜提供重要观测支撑)、云南大学、中国科学院国家天文台、香港大学等机构合作完成。项目得到中国天眼快速射电暴优先和重大项目、中国天眼运行和发展中心的支持。

作为我国自主设计、建造并运行的世界最大单口径射电望远镜，中国天眼自投入使用以来，已在纳赫兹引力波探测、脉冲星搜寻、快速射电暴研究、中性氢观测等多个前沿领域持续产出突破性成果。这不仅大幅提升了我国在全球射电天文领域的学术话语权与国际影响力，更以实打实的观测数据和科学发现，彰显了我国自主重大科技基础设施的核心实力 —— 从关键技术自主可控到科学产出持续领跑，中国天眼用实践证明了我国在高端科技装备研发与基础研究领域的硬实力，为人类探索宇宙未知、拓展认知边界贡献了独具价值的中国智慧与中国方案。

为进一步巩固我国在中低频射电天文领域的核心领先地位，积极应对国际同行的激烈竞争，中国天眼正稳步推进升级规划。根据方案，项目将在中国天眼周边建设数十台中等口径天线，构建全球唯一、以中国天眼为核心的巨型综合孔径阵列。这一创新设计将彻底弥补单口径望远镜在空间分辨率上的天然局限，同时提升观测灵敏度，实现综合观测性能的质的飞跃。升级完成后，中国天眼将成为功能更加强大的 “宇宙超级探针”，为科学家深入理解快速射电暴起源，以及破解困扰学界已久哈勃常数危机和迷失重子物质问题等一系列天体物理核心谜题提供观测支撑，推动我国射电天文学研究向更高水平、更深层次迈进，持续巩固我国在该领域的国际领先优势，推动我国射电天文学研究向更高水平、更深层次迈进，为人类探索宇宙的宏伟事业注入更持久、更强劲的中国力量。