科学家找到快速射电重复暴的“身份证”

发布时间:2022-03-21

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  快速射电暴(FRB)是在无线电波段最为剧烈的爆发现象,其起源未知,也是当今天文学领域热点前沿之一。中国科学院国家天文台李菂团队系统分析了来自包括“中国天眼”500米口径球面射电望远镜(FAST)、美国绿岸望远镜(GBT)在内的多项数据,首次提出了能够统一解释重复快速射电暴偏振频率演化的机制,并基于此导出了能够描述快速射电暴周边环境单一参数即“RM弥散”。这一机制支持重复快速射电暴处在类似超新星遗迹的复杂电离环境中,并可以通过偏振观测确定其可能的演化阶段,为最终确定FRB起源提供了关键观测证据。快速射电暴的“RM弥散”越大对应其周边环境变化越剧烈,因此也很可能越年轻,这有潜力成为辨识重复暴的“身份证”。北京时间3月18日,相关研究成果发表在《科学》(Science)上。

  

  快速射电暴的偏振性质包含快速射电暴本征特性与形成环境的丰富信息,对快速射电暴偏振性质的精确测量将继续推进对快速射电暴环境及其起源的理解进程。该工作充分结合了FAST的灵敏度高优势和这一国际热点前沿的丰富观测资源,包括美国Greenbank望远镜、加拿大CHIME望远镜、澳大利亚平方公里阵列先导阵(ASKAP)等,为构建完整的FRB起源模型奠定了重要的观测基础。科研人员发现了重复暴的线偏振度存在随频率降低而降低的统一趋势(图1),并可以通过单一参数“RM弥散(σRM)”量化描述,这排除了基于辐射区磁层高度变化的脉冲星偏振内禀频率演化(intrinsic frequency evolution)等其他模型。研究人员已构建了基于多路径传播的磁化散射屏模型(Yang et al.2022已接收发表),可以进一步限制FRB源周围的复杂环境,包括湍流尺度、密度涨落、磁场构型等重要物理性质。FAST的持续深度监测结合其他先进设备,有望在未来2~3年回答关于FRB起源的一系列关键问题,如重复暴与非重复暴是否有统一起源等问题。

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图1.重复快速射电暴偏振频率演化关系。不同颜色的线代表不同的快速射电暴的偏振随频率演化关系曲线,每条线仅用一个参数“RM弥散(σRM)”拟合。σRM越大代表快速射电暴所处的环境越复杂,其所处的演化阶段极为可能越早,和超新星遗迹等爆发类现象的特征更为吻合。

 

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图2.快速射电暴偏振统一特性示意图。对于极端活跃的重复暴,GBT看到的高频信号(蓝色)一般具有100%线偏振。FAST看到的相对低频信号(红色)一般没有偏振,反映了爆发源的复杂电离环境。 

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