昨日記者從中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所（下稱高能所）獲悉，慧眼天文衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)首個(gè)跟神秘的快速射電暴相關(guān)聯(lián)的X射線暴，確認(rèn)其來(lái)自銀河系內(nèi)的磁星SGR J1935+2154。這一發(fā)現(xiàn)，與國(guó)際上其他望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)一起，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。
2月19日，國(guó)際期刊《Nature Astronomy》（自然·天文學(xué)）在線發(fā)表了慧眼（HXMT）衛(wèi)星這項(xiàng)最新觀測(cè)結(jié)果。
快速射電暴起源和產(chǎn)生原因引發(fā)爭(zhēng)論
快速射電暴簡(jiǎn)稱FRB（Fast Radio Burst），是2007年發(fā)現(xiàn)的神秘的天文現(xiàn)象，其持續(xù)時(shí)間只有幾毫秒。據(jù)介紹，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(wàn)次到達(dá)地球。迄今為止，人類探測(cè)到了來(lái)自不同天區(qū)位置的上百個(gè)快速射電暴，而且觀測(cè)到了來(lái)自同一方向的重復(fù)暴發(fā)。
然而，在本次發(fā)現(xiàn)之前，沒(méi)有探測(cè)到快速射電暴在射電波以外其他波段的輻射，而且具有精確定位的快速射電暴都來(lái)自銀河系之外的遙遠(yuǎn)宇宙。這種神秘暴發(fā)現(xiàn)象的起源和產(chǎn)生原因成為當(dāng)今天文學(xué)最大的謎題之一。
為了解釋快速射電暴，科學(xué)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(cè)是外星人發(fā)出的信號(hào)。近年來(lái)，快速射電暴的研究資料越來(lái)越豐富，關(guān)于其起源之謎的爭(zhēng)論也越發(fā)激烈。
據(jù)慧眼衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南介紹，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。
2020年4月28日，格林威治時(shí)間下午2時(shí)34分，加拿大CHIME實(shí)驗(yàn)和美國(guó)STARE2實(shí)驗(yàn)同時(shí)看到了一個(gè)亮度極高的快速射電暴，被命名為FRB 200428，其方向與銀河系內(nèi)的磁星SGR J1935+2154方向大概一致，而且根據(jù)恒星際介質(zhì)對(duì)不同頻率射電信號(hào)之間的時(shí)間延遲推算，暴發(fā)源的距離為大約3萬(wàn)光年，也跟SGR J1935+2154大致相符，因此，F(xiàn)RB 200428很可能起源于銀河系內(nèi)的這顆磁星，但還需要更多的觀測(cè)證據(jù)加以確認(rèn)。
首次確認(rèn)快速射電暴起源天體
磁星是表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為地球磁場(chǎng)強(qiáng)度百萬(wàn)億倍以上的中子星，在活躍期間會(huì)出現(xiàn)劇烈的X 射線暴發(fā)，因此很多理論家認(rèn)為它們也可以產(chǎn)生快速射電暴。
2020年4月中旬，SGR J1935+2154進(jìn)入了一個(gè)新的活躍期，開始出現(xiàn)頻繁的X射線暴發(fā)。“兩分鐘發(fā)生了幾百次，非常劇烈?！北本煼洞髮W(xué)天文系博士林琳說(shuō)。根據(jù)林琳的建議，在這種情況下，慧眼衛(wèi)星調(diào)整了既定的觀測(cè)計(jì)劃，對(duì)這顆磁星進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間定點(diǎn)觀測(cè)。
在FRB 200428之前約8.6秒，慧眼衛(wèi)星探測(cè)到了來(lái)自這顆磁星方向的一個(gè)極亮的X射線暴發(fā)，它同時(shí)也被歐洲的INTEGRAL衛(wèi)星、俄羅斯的KONUS-WIND探測(cè)器和意大利的AGILE衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到。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(shuō)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(dú)特的準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)，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(lái)自這顆磁星。
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。關(guān)于FRB 200428的相關(guān)研究成果，被英國(guó)《自然》雜志評(píng)為2020年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，也被美國(guó)《科學(xué)》雜志列入2020年十大科學(xué)突破。
這個(gè)發(fā)現(xiàn)是否可以完全排除快速射電暴是外星人的通訊信號(hào)？慧眼衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師宋黎明說(shuō)，F(xiàn)RB 200428的起源是磁星SGR J1935+2154，磁星是具有強(qiáng)磁場(chǎng)的中子星，半徑大約10公里，質(zhì)量比太陽(yáng)的質(zhì)量還要大，中子星的表面磁場(chǎng)和引力非常強(qiáng)烈，磁星的表面也是沒(méi)有大氣的。在這幾個(gè)因素下，中子星不具備生物生存條件。
“快速射電暴FRB 200428的起源肯定不是來(lái)自外星人，至于其他快速射電暴會(huì)不會(huì)來(lái)自外星人，目前不能完全排除，但可能性變得比較小。因?yàn)槠渌焖偕潆姳┨卣骱虵RB 200428是一致的。”張雙南補(bǔ)充說(shuō)。
慧眼衛(wèi)星預(yù)計(jì)可以超期服役
慧眼衛(wèi)星是我國(guó)第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，由高能所李惕碚院士等人在1993年提出?；垩坌l(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師宋黎明說(shuō)，自2017年6月15日發(fā)射升空以來(lái)，慧眼衛(wèi)星已在軌穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)3年半，并在黑洞、中子星等研究方面取得一系列重要成果?！盎垩墼O(shè)計(jì)壽命4年，目前狀態(tài)良好，預(yù)期可運(yùn)行約10年”。張雙南說(shuō)。
與其他高能天文衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)相比，慧眼衛(wèi)星對(duì)FRB 200428的觀測(cè)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。慧眼衛(wèi)星還是國(guó)際上獨(dú)立定位了該X射線暴的兩顆天文衛(wèi)星之一，定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于探測(cè)到FRB 200428的兩個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡的精度。在這個(gè)X射線暴發(fā)的光變曲線中，慧眼衛(wèi)星探測(cè)到兩個(gè)X射線脈沖跟快速射電暴的雙峰在時(shí)間上高度吻合，該結(jié)果后來(lái)也被其他衛(wèi)星的數(shù)據(jù)所證實(shí)。
“這次對(duì)該磁星和快速射電暴的觀測(cè)，也體現(xiàn)了慧眼衛(wèi)星作為空間天文臺(tái)的強(qiáng)大科學(xué)能力。”張雙南說(shuō)。
■ 展望
慧眼“繼任者”已進(jìn)入方案設(shè)計(jì)階段
在探索極端宇宙的進(jìn)程中，“慧眼”衛(wèi)星的“繼任者”——eXTP也蓄勢(shì)待發(fā)。在慧眼衛(wèi)星穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，高能所牽頭研制的增強(qiáng)型X射線時(shí)變與偏振空間天文臺(tái)（eXTP）在經(jīng)過(guò)十多年的預(yù)研之后，已經(jīng)進(jìn)入方案設(shè)計(jì)階段。
張雙南介紹，目前仍有若干“極端宇宙”科學(xué)問(wèn)題尚待解決：極端引力問(wèn)題，黑洞提供了宇宙中最強(qiáng)的引力場(chǎng)，但是在這種極端引力條件下會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象還沒(méi)有精確的觀測(cè)結(jié)果；極端磁場(chǎng)問(wèn)題，中子星提供了宇宙中最強(qiáng)的磁場(chǎng)，但是在這種情況下真空漲落會(huì)產(chǎn)生什么還沒(méi)有直接的觀測(cè)結(jié)果；極端密度問(wèn)題，中子星內(nèi)部的物質(zhì)密度在宇宙中最高，但是其內(nèi)部是由中子還是夸克物質(zhì)組成的仍然是未解之謎。
eXTP有望解決這些“極端問(wèn)題”。張雙南說(shuō)，eXTP是中國(guó)領(lǐng)導(dǎo)的大型國(guó)際合作空間X射線天文衛(wèi)星項(xiàng)目，將是2027年之后國(guó)際領(lǐng)先的旗艦級(jí)空間X射線天文臺(tái)。在中子星、黑洞等天體的研究方面，其綜合性能相比于國(guó)際同類衛(wèi)星有一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的提升，將把中國(guó)的空間高能天文研究進(jìn)一步帶入國(guó)際領(lǐng)先水平。
“eXTP的科學(xué)目標(biāo)為一奇二星三極端：黑洞奇點(diǎn)；中子星和夸克星；極端引力、極端磁場(chǎng)、極端密度，將為探索極端宇宙做出重大貢獻(xiàn)?！?/p>
記者了解到，銀河系外的快速射電暴因?yàn)榫嚯x更遠(yuǎn)，其高能對(duì)應(yīng)體將非常微弱，eXTP將是探測(cè)它們的理想設(shè)備。
（源自新京報(bào)2021年02月20日第A01：頭版 原版鏈接：http://epaper.bjnews.com.cn/html/2021-02/20/content_798001.htm?div=-1）
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