“慧眼”觀測磁星爆發(fā)
“慧眼”自2017年6月15日發(fā)射升空以來，已在軌穩(wěn)定運(yùn)行超過3年半，并在黑洞、中子星等研究方面取得一系列重要成果。這次，它以獨(dú)到的載荷優(yōu)勢，成為國際上獨(dú)立定位FRB 200428的兩顆天文衛(wèi)星之一，還是唯一給出爆發(fā)期間X射線能譜詳細(xì)演化的設(shè)備。只有幾毫秒，其光亮卻令宇宙諸多天體黯然失色，快速射電暴的起源和機(jī)制是當(dāng)今天文學(xué)界最大的謎題之一，如今終被解開——磁星是其來源之一，而中國“慧眼”天文衛(wèi)星為此立下汗馬功勞。
昨天凌晨，國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然-天文學(xué)》在線發(fā)表了中國 “慧眼”（HXMT）衛(wèi)星最新觀測結(jié)果：它發(fā)現(xiàn)了首個(gè)跟神秘快速射電暴相關(guān)聯(lián)的X射線暴，并確認(rèn)其來自銀河系內(nèi)的磁星SGR J1935+2154，在國際上首先證認(rèn)該X射線暴包含的兩個(gè)X射線脈沖是快速射電暴的高能對(duì)應(yīng)體。
“慧眼”及時(shí)轉(zhuǎn)向，發(fā)現(xiàn)神秘閃爍起源
2007年，快速射電暴（簡稱FRB）首次被發(fā)現(xiàn)。要弄清快速射電暴產(chǎn)生的原因，關(guān)鍵有兩點(diǎn)：第一是要找到其對(duì)應(yīng)的天體，第二是看到快速射電暴在其他波段的輻射，限制其物理機(jī)制。表面磁場強(qiáng)度超過地球百萬億倍的磁星（一種中子星），在活躍期間會(huì)出現(xiàn)劇烈的X射線爆發(fā)，被科學(xué)家認(rèn)為是FRB的可能來源之一。
2020年4月中旬，銀河系內(nèi)磁星SGR J1935+2154進(jìn)入新的活躍期，開始出現(xiàn)頻繁的X射線爆發(fā)。格林威治時(shí)間4月28日下午2點(diǎn)34分，加拿大CHIME實(shí)驗(yàn)和美國STARE2實(shí)驗(yàn)同時(shí)看到了亮度極高的快速射電暴，將其命名為FRB 200428，其方向與這顆活躍的磁星方向大概一致。
4月28日一早，北京師范大學(xué)天文系講師林琳向其曾經(jīng)的導(dǎo)師、“慧眼”衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院高能物理研究所研究員張雙南建議：讓“慧眼”盯住這顆星。
幾經(jīng)考慮，張雙南果斷決定讓“慧眼”調(diào)整既定觀測計(jì)劃，長時(shí)間瞄準(zhǔn)SGR J1935+2154。指令通過地面運(yùn)控系統(tǒng)順利注入衛(wèi)星。張雙南回想，幸虧這個(gè)及時(shí)調(diào)整，讓他們沒有與如此重要的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)失之交臂——
在FRB 200428之前約8.6秒，“慧眼”探測到了來自這顆磁星方向的一個(gè)極亮的X射線爆發(fā)。這個(gè)時(shí)間差別正好與恒星際物質(zhì)對(duì)射電信號(hào)的延遲相當(dāng)，說明X射線暴和快速射電暴起源于同一次爆發(fā)。
基于獨(dú)特的準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)，“慧眼”對(duì)X射線暴進(jìn)行了高精度定位，從而證明了該X射線暴和快速射電暴都來自這顆磁星，而且該X射線暴的兩個(gè)X射線脈沖是該快速射電暴的高能對(duì)應(yīng)體，其能譜十分特殊。
這是人類首次確認(rèn)快速射電暴的起源天體，也是首個(gè)起源于銀河系內(nèi)的快速射電暴。對(duì)于理解快速射電暴的物理本質(zhì)，這是一個(gè)重要的里程碑。關(guān)于FRB 200428的相關(guān)研究成果，被英國《自然》雜志評(píng)為2020年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，也被美國《科學(xué)》雜志列入2020年十大科學(xué)突破。
獨(dú)立定位該FRB全球唯二，“慧眼”居其一
“慧眼”的這一系列發(fā)現(xiàn)，與國際上其他望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果，共同證明了快速射電暴可以起源于磁星爆發(fā)，從而破解了快速射電暴的起源之謎，并為理解快速射電暴的輻射機(jī)制和磁星的爆發(fā)機(jī)制提供了至關(guān)重要的數(shù)據(jù)。
“更值得一提的是，‘慧眼’的數(shù)據(jù)質(zhì)量非常高。”張雙南介紹，與其他高能天文衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)相比，“慧眼”對(duì)FRB 200428的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)性最好、能區(qū)覆蓋最寬，提供了最為豐富、精細(xì)的時(shí)變和能譜信息，“這也是‘慧眼’科學(xué)價(jià)值的最大體現(xiàn)，表現(xiàn)出了它作為空間天文臺(tái)的強(qiáng)大科學(xué)能力。”
作為我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，“慧眼”自2017年發(fā)射升空以來，已在軌穩(wěn)定運(yùn)行超過3年半，并在黑洞、中子星等研究方面取得一系列重要成果。這次，它以獨(dú)到的載荷優(yōu)勢，成為國際上獨(dú)立定位FRB 200428的兩顆天文衛(wèi)星之一，其定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于探測到FRB 200428的另外兩個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡的精度。此外，“慧眼”衛(wèi)星還是唯一給出爆發(fā)期間X射線能譜詳細(xì)演化的設(shè)備。
出乎意料的是，如此精確的數(shù)據(jù)，卻為張雙南團(tuán)隊(duì)的論文發(fā)表帶來了一些“甜蜜的煩惱”。論文審稿人在審稿意見中表示“不相信如此高精度的數(shù)據(jù)”，張雙南不得不寫下長篇解釋，才打消了審稿人的疑慮。
本研究工作主要由中國科學(xué)院高能物理研究所、北京師范大學(xué)、美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)、清華大學(xué)等單位完成。
（原載于《文匯報(bào)》 2021-02-20 04版）
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