多波段观测揭示磁星快速射电暴机制特点

(相关资料图)

7月29日，《科学进展》发表了由中国科学院国家天文台、北京大学、美国内华达大学和北京师范大学天文与天体物理前沿所等组成的联合团队，通过FAST“快速射电暴的搜寻和多波段观测”优先重大项目开展的研究工作。该工作针对河内快速射电暴磁星SGRJ1935+2154的多波段观测，揭示其射电脉冲星辐射相。该团队通过对比脉冲星辐射和其X射线辐射轮廓相位，发现其所发出快速射电暴爆发与脉冲星脉冲具有不同的相位分布，快速射电暴发生的相位更为随机。该工作揭示了快速射电暴爆发现象与射电脉冲星辐射可能存在物理机制上的不同。      

快速射电暴一般是来自宇宙深处其他星系的毫秒级极亮射电爆发。目前，全世界的射电望远镜已发现成百上千例这样的爆发，其中数十例会重复爆发。FAST针对FRB开展了一系列深度观测，揭示了一部分FRB的能量特点和偏振特性。然而，FRB产生的具体机制和起源天体仍是天体物理的热门研究方向之一。     

SGRJ1935+2154是一颗位于银河系内的磁星。它在2020年4月28日发生了一次磁星爆发，同时地面射电望远镜捕捉到来自此磁星的一个极亮的射电爆发。该磁星的射电爆发已达到某些河外FRB的亮度，因而被认为是第一例来自于银河系内的FRB现象。2020年以后，该磁星零星发生过几次类似FRB的较亮的射电爆发。这些来自磁星的极亮射电爆发为我们研究FRB的产生机制提供了重要信息。      

FAST优先重大团队在2020年10月针对SGR J1935+2154进行了一个月的监测，并探测到该源的脉冲星单脉冲辐射。虽然比快速射电暴暗了约10个量级，该源的射电脉冲星相辐射具有很好的规律性，其脉冲产生的区域只占总旋转相位的不到7%。同时，研究通过同时X射线观测发现射电脉冲星相的辐射和X射线的轮廓峰相位相反（图1）。这一点和其他类FRB爆发的相位不同，FRB爆发倾向于随机分布。这揭示了快速射电暴的产生机制可能与脉冲星辐射不同。它们发生的时候可能伴随着可以破坏磁层稳定结构的爆发性过程，因而可以出现在各种不同的旋转相位（图2）。这一结论对于探究和建立FRB产生机制有重要意义，并可以较好地解释为何重复FRB很少展现出显著的自旋周期性这一问题。      

图1. 针对SGR J1935+2154的多波段观测。FAST观测到的脉冲星单脉冲、磁星FRB爆发和其X射线轮廓对比图。 

图2. SGR J1935+2154的脉冲星相辐射和快速射电暴辐射几何相对关系的示意图。 

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