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快速射電暴(FRB)是宇宙中射電波段最強烈的爆發現象,其在毫秒量級的時標內可以釋放太陽一天、一月甚至一年的能量,與之對應的輻射機制與起源則尚未可知。2007年人類發表第一例快速射電暴,“Lorimer Burst”,催生了一個飛速發展的全新領域。到目前為止,已有超過600個快速射電暴源被探測到,其中絕大多數只有一次探測,不到5%的快速射電暴觀測到重復爆發,其中不到10例相對活躍。

作為電磁波的基本屬性之一,偏振攜帶著光源本征的輻射特征以及光線傳播環境的關鍵信息。一般的光源,包括白織燈和大多數恒星例如太陽,屬于非偏振光源,而在幾乎所有重復爆發的快速射電暴中都曾探測到線偏振,但圓偏振較為罕見,此前只有一例重復暴FRB20201124A中有圓偏振的報道。

FRB20121102A是第一例被發現的重復暴。FRB20190520B是天眼CRAFTS巡天發現的首例持續活躍重復暴。作為數百例快速射電暴中唯二的擁有射電持續源(PRS)的爆發源,它們可能代表了特殊的起源或者特殊的演化階段。通過深度監測,中國天眼FAST捕獲到兩源的極端活躍期,積累了大量寶貴觀測數據,使研究人員得以嘗試精細刻畫動態宇宙中這一神秘現象的偏振特征。

中國科學院國家天文臺李菂團隊系統分析了中國天眼(FAST)對FRB20121102A和FRB20190520B的觀測數據,發現兩個重復暴均有不到5%的少量爆發存在圓偏振輻射特征,圓偏振度最高可達64%。如此高的圓偏振度限制了圓偏振來自多路徑傳播??赡艿臋C制有極端磁場環境中的法拉第轉換(Faraday conversion)或者是FRB源的本征特征。目前測算,圓偏振在非重復快速射電暴脈沖中出現的概率高于重復暴。顯示無論哪種機制,重復暴產生圓偏振的條件更為苛刻。

這一發現,將有圓偏振重復暴的樣本數量從1增加到3。作為為數不多的活躍重復暴,FRB20121102A、20190520B和20201124A圓偏振的探測暗示圓偏振可能是重復快速射電暴的共有特征。FAST進一步系統地精細刻畫動態宇宙的射頻偏振特征,將加深對于快速射電暴輻射機制的了解,有望最終揭示這一神秘天體物理現象的起源。

這一科研成果于北京時間2022年12月26日在“中國科技期刊卓越行動計劃”綜合性領軍期刊《Science Bulletin》上作為封面文章發表。

(總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉)

關鍵詞: FRB20121102A FAST