來自宇宙深處的、神秘的快速射電暴（Fast Radio Burst，英文簡稱FRB），10多年前甫一發(fā)現(xiàn)就引發(fā)全球高度關注和熱烈討論，其中，它究竟是不是外星人向地球發(fā)射的信號一直最受公眾矚目。
對此，通過中國首顆空間X射線衛(wèi)星“慧眼”最新觀測研究，科學家破解了一個快速射電暴的起源之謎，確認其來自于磁星。
中科院高能所所長王貽芳院士致辭。孫自法 攝
破解快速射電暴起源之謎
中國科學院高能物理研究所（中科院高能所）2月19日在北京舉行“‘慧眼’天文衛(wèi)星（HXMT）證認快速射電暴來自于磁星”新聞發(fā)布會說，針對2020年4月發(fā)現(xiàn)的編號為FRB 200428的亮度極高的快速射電暴，中國“慧眼”衛(wèi)星最新觀測發(fā)現(xiàn)首個跟該神秘快速射電暴相關聯(lián)的X射線暴，確認其來自銀河系內(nèi)編號SGR J1935+2154的磁星，并在國際上首先證認該X射線暴包含的兩個X射線脈沖是快速射電暴的高能對應體。
由中科院高能所、北京師范大學、美國內(nèi)華達大學、清華大學等單位共同完成的這項重要天文觀測研究成果論文，北京時間當天凌晨獲國際著名學術期刊《自然-天文學》在線發(fā)表。
中國“慧眼”這一重磅觀測發(fā)現(xiàn)，與國際上其他望遠鏡的觀測一起，不僅證明快速射電暴可以起源于磁星爆發(fā)，破解了快速射電暴的起源之謎，也為理解快速射電暴的輻射機制和磁星的爆發(fā)機制提供了至關重要的數(shù)據(jù)。
這也是繼幾天前“慧眼”衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)在黑洞X射線雙星“MAXI J1820+070”中發(fā)現(xiàn)逃離黑洞強引力場向外高速運動的冕(等離子體流)、并且首次在黑洞雙星中觀測到冕的速度演化之后，“慧眼”衛(wèi)星又一次重大科研成果“暴發(fā)”。
中科院高能所李惕碚院士等上世紀90年代提出“慧眼”項目設想，圖為他出席發(fā)布會并回答提問。孫自法 攝
科學家提出快速射電暴各種猜想
快速射電暴是2007年發(fā)現(xiàn)的神秘的天文現(xiàn)象，其持續(xù)時間只有幾毫秒。迄今為止，人類已探測到來自不同天區(qū)位置的上百個快速射電暴，而且觀測到來自同一方向的重復暴發(fā)。
中科院高能所稱，快速射電暴在宇宙中發(fā)生極為頻繁，根據(jù)估算每天至少有成千上萬次到達地球。然而，在“慧眼”衛(wèi)星此次最新發(fā)現(xiàn)之前，沒有探測到快速射電暴在其他波段的輻射，而且具有精確定位的快速射電暴都來自銀河系之外的遙遠宇宙，這種神秘暴發(fā)現(xiàn)象的起源和產(chǎn)生原因也成為當今天文學最大的謎題之一。
為解釋快速射電暴現(xiàn)象，科學家們提出了各種猜想，包括兩顆致密星并合、致密星塌縮、磁星的爆發(fā)、中子星與小行星碰撞等，甚至還有人猜測是外星人發(fā)出的信號。近年來，快速射電暴的研究資料越來越豐富，關于其起源之謎的爭論也越發(fā)激烈。
天體物理學家認為，要弄清快速射電暴產(chǎn)生的原因，關鍵有兩點：第一是要找到其對應的天體，第二是看到快速射電暴在其他波段的輻射，限制其物理機制。
“慧眼”衛(wèi)星首席科學家張雙南研究員介紹最新成果。孫自法 攝
人類首次確認快速射電暴起源天體
2020年4月28日，加拿大氫強度測繪實驗（CHIME）望遠鏡和美國STARE2實驗望遠鏡同時看到一個亮度極高的快速射電暴FRB 200428，其方向與銀河系內(nèi)的磁星SGR J1935+2154方向大概一致。
根據(jù)恒星際介質對不同頻率射電信號之間的時間延遲推算，暴發(fā)源的距離約3萬光年，也跟SGR J1935+2154大致相符。因此，天文學家認為，F(xiàn)RB 200428很可能起源于銀河系內(nèi)的這顆磁星，但還需要確切的觀測證據(jù)最終確認。
同時，磁星是表面磁場強度為地球磁場強度百萬億倍以上的中子星，在活躍期間會出現(xiàn)劇烈的X射線暴發(fā)，很多理論家認為它們也可以產(chǎn)生快速射電暴。
“慧眼”衛(wèi)星首席科學家張雙南研究員介紹最新成果。孫自法 攝
中科院高能所粒子天體物理中心主任、“慧眼”衛(wèi)星首席科學家張雙南研究員介紹說，2020年4月中旬，磁星SGR J1935+2154進入一個新的活躍期，開始出現(xiàn)頻繁的X射線暴發(fā)。在這種情況下，“慧眼”衛(wèi)星調(diào)整既定的觀測計劃，對該磁星進行長時間定點觀測。
在FRB 200428暴發(fā)之前約8.6秒，“慧眼”衛(wèi)星探測到來自SGR J1935+2154磁星方向的一個極亮的X射線暴發(fā)，它同時也被歐洲的INTEGRAL衛(wèi)星、俄羅斯的KONUS-WIND探測器和意大利的AGILE衛(wèi)星監(jiān)測到。這個時間差別正好與恒星際物質對射電信號的延遲相當，說明X射線暴和快速射電暴起源于同一次爆發(fā)。
此外，“慧眼”衛(wèi)星基于獨特的準直器設計，對X射線暴進行高精度定位，從而證明該X射線暴和快速射電暴都來自SGR J1935+2154磁星?！斑@是人類首次確認快速射電暴的起源天體，也是首個起源于銀河系內(nèi)的快速射電暴。對于理解快速射電暴的物理本質，這是一個重要的里程碑?！睆堧p南說。
最新成果論文共同第一作者、北京師范大學天文系講師林琳(左)和中科院高能所“慧眼”衛(wèi)星團隊成員尹倩青助理研究員，在“慧眼”衛(wèi)星科學應用系統(tǒng)指控大廳交流。孫自法 攝
“慧眼”衛(wèi)星最新有三大發(fā)現(xiàn)
跟其他高能天文衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)相比，“慧眼”衛(wèi)星對FRB 200428的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計性最好、能區(qū)覆蓋最寬，提供了最為豐富、精細的時變和能譜信息。
張雙南指出，“慧眼”衛(wèi)星還是國際上獨立定位了SGR J1935+2154磁星X射線暴的兩顆天文衛(wèi)星之一，定位精度遠遠高于探測到FRB 200428的加拿大和美國兩個射電望遠鏡的精度。在這個X射線暴發(fā)的光變曲線中，“慧眼”衛(wèi)星探測到兩個X射線脈沖跟快速射電暴的兩個峰在時間上高度吻合，該結果后來也被其他衛(wèi)星的數(shù)據(jù)所證實。
同時，“慧眼”衛(wèi)星還是唯一給出暴發(fā)期間X射線能譜詳細演化的天文觀測設備，發(fā)現(xiàn)該X射線暴峰值處的X射線能譜和其它時間段暴的能譜顯著不同，也與絕大多數(shù)的磁星X射線暴明顯不同。這些結果對于理解快速射電暴的產(chǎn)生機制至關重要。
他總結表示，“慧眼”衛(wèi)星最新觀測研究成果可歸納為三大證認發(fā)現(xiàn)：一是通過“慧眼”發(fā)現(xiàn)的X射線暴的雙峰結構與快速射電暴的雙峰結構的一致性，證認了兩者來自同一個爆發(fā)；二是“慧眼”對該X射線暴發(fā)的定位與歐洲Integral天文臺的定位結果一致，證認了該暴發(fā)來自于磁星；三是“慧眼”獨一無二的寬能段能譜揭示了該暴發(fā)的“非熱”屬性，證認了其特殊性。
因此，“慧眼”衛(wèi)星證認了快速射電暴的磁星起源，這項重大天文發(fā)現(xiàn)對于理解快速射電暴的產(chǎn)生和輻射機制具有關鍵作用。此次對SGR J1935+2154磁星和FRB 200428快速射電暴的觀測，也體現(xiàn)出“慧眼”衛(wèi)星作為空間天文臺的強大科學能力。
針對中新網(wǎng)記者追問“慧眼”最新觀測成果是否“完全排除了快速射電暴是外星人發(fā)出信號的可能性”，張雙南認為，從科學嚴謹角度看，是不能完全排除宇宙空間任何存在的可能性，但此次破解快速射電暴起源之謎，將大幅降低尋找外星生命與快速射電暴的關聯(lián)，以及學界探討兩者關系的概率與必要。
“慧眼”衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)副總師宋黎明研究員介紹衛(wèi)星在軌科學運行情況。孫自法 攝
“慧眼”狀態(tài)良好預期可運行8-10年
“慧眼”衛(wèi)星是中國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，由中科院高能所1993年提出并負責衛(wèi)星有效載荷、地面應用系統(tǒng)和科學研究工作。自2017年6月發(fā)射升空以來，慧眼衛(wèi)星已在軌穩(wěn)定運行超過3年半，并在黑洞、中子星等研究方面取得一系列重要成果。
張雙南說，“慧眼”衛(wèi)星設計壽命4年，目前狀態(tài)良好，預期可運行約8-10年。
中科院高能所粒子天體物理中心研究員、“慧眼”衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)副總師宋黎明補充說，“慧眼”衛(wèi)星迄今已在軌運行3年8個月，狀態(tài)良好，具體表現(xiàn)為三個方面：
一是衛(wèi)星星務功能正常，可以為載荷提供良好的工作環(huán)境；二是衛(wèi)星姿態(tài)控制正常，各類觀測計劃可以有效執(zhí)行；三是星上有主備份的硬件設備均處于主份狀態(tài)，備份尚未啟用。
目前，“慧眼”衛(wèi)星軌道高度約為547千米，預計可支持8至10年的在軌運行。
中科院高能所所長王貽芳院士指出，“慧眼”衛(wèi)星項目在提出20多年后發(fā)射和在軌運行，并能取得重大科學成果，“這一方面說明了原始科學思想的價值，同時也說明堅持不懈在科學研究中的重要性”。
中科院高能所將繼續(xù)支持“慧眼”衛(wèi)星的科學研究工作，持續(xù)加強在“慧眼”衛(wèi)星科學研究方面的中外合作，努力提高“慧眼”衛(wèi)星的科學產(chǎn)出。
他表示，“慧眼”衛(wèi)星是一個開放的空間天文臺，目前在軌運行狀態(tài)非常好，中科院高能所希望中外天文學家充分使用慧眼衛(wèi)星開展更多更好的科學研究，也將為中外用戶提供全面的支持。
“慧眼”衛(wèi)星首席科學家張雙南研究員介紹最新成果。孫自法 攝
“慧眼”增強版已進入方案設計階段
中科院高能所透露，在“慧眼”衛(wèi)星穩(wěn)定運行的同時，該所牽頭研制的增強型X射線時變與偏振空間天文臺（eXTP）在經(jīng)過十多年的預研之后，已經(jīng)進入方案設計階段。
有“慧眼”增強版之譽的eXTP是中國領導的大型國際合作空間X射線天文衛(wèi)星項目，在中子星、黑洞等天體的研究方面，其綜合性能相比于國際同類衛(wèi)星有一個數(shù)量級以上的提升，將把中國的空間高能天文研究進一步帶入國際領先水平。
張雙南表示，銀河系外的快速射電暴因為距離更遠，其高能對應體將非常微弱，eXTP將是未來探測它們的理想設備。
作為“慧眼”衛(wèi)星項目的繼任者，eXTP的科學目標為1奇2星3極端，1奇即黑洞奇點，2星包括中子星和夸克星，3極端包括極端引力、極端磁場和極端密度。eXTP將成為中國領導的旗艦級空間X射線天文臺，為探索極端宇宙做出重大貢獻。
王貽芳強調(diào)，粒子天體物理是中科院高能所主要學科方向之一，該所會繼續(xù)大力支持后續(xù)X射線天文和粒子天體物理項目，包括eXTP項目和中國空間站高能宇宙輻射探測實驗（HERD）等。
附件下載：
