一个“干净”环境中的超活跃快速射电暴

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快速射电暴是来自宇宙深空的强烈射电爆发,持续时间极短,通常仅为几毫秒。这些爆发释放的能量极为强大,单次爆发的能量可能驱动当今全球社会上万亿年。一些快速射电暴会重复爆发,被称为重复快速射电暴(重复暴),快速射电暴的起源和辐射机制仍然是天文学未解之谜。

天文学家的想象:假设FRB 20220912A诞生于一个类似超新星的爆炸过程,但是其周围环境很快变得“干净”,同时保持了其射电爆发的活跃性。插图来源:Openverse。

最近,清华大学李菂教授(中国天眼FAST原首席科学家)领导国际团队发现了一个极端活跃的快速射电暴的出人意料的干净环境。这一名为FRB 20220912A的重复爆发源由加拿大的CHIME望远镜首次发现,团队利用美国的绿岸望远镜进行了后续观测。在短短1.4小时的观测中,探测到了128次爆发,爆发率接近100次/小时,使FRB 20220912A成为迄今为止在绿岸望远镜观测到的爆发率最高的快速射电暴。这一发现得到美国国家射电天文台的亮点报道https://greenbankobservatory.org/news/u-s-national-science-foundation-green-bank-telescope-records-fastest-fast-radio-burst-yet/)。

FRB 20220912A展现出丰富的辐射现象,其中56%的亮爆发存在圆偏振,成为目前已知圆偏振比例最高的重复暴;其中某些爆发的圆偏振度高达58%。此外,研究团队还观测到了偏振位置角的变化和频率漂移现象,这类样本仍然较为稀少(小于10例),此次观测为这方面提供了重要数据。尽管目前已知的重复暴有60多例,但具有圆偏振观测记录的仅有三例,分别是FRB 20121102A、FRB 20190520B和FRB 20201124A,这三者也被认为是当前最活跃并被研究最广泛的重复暴。

与这三例活跃的重复暴相比,FRB 20220912A最显著的特点是其法拉第旋转量接近零,表明它位于一个非常“干净”的环境中,即缺乏大量磁化等离子体。这与其他三个活跃的重复暴形成鲜明对比,后者被认为存在于复杂的磁化等离子体环境中。FRB 20220912A的独特环境为理解重复暴的辐射现象带来重要启示。圆偏振、偏振位置角的变化和频率漂移现象可能直接源于爆发源,而不是起源于快速射电暴与环境中的磁化等离子体的相互作用。

该研究为快速射电暴的辐射机制和环境提供了重要线索,相关成果已发表于《天体物理学杂志》。清华大学天文系的李菂教授为论文的共同通讯作者,之江实验室研究员冯毅(清华大学校友)为第一作者和共同通讯作者,其他通讯作者包括国家天文台的蔡肇伟研究员和张永坤。

文章链接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad7a64