“中國天眼”結合多波段觀測獲新發現

記者12月12日從中國科學院國家天文臺獲悉，由國家天文臺領導的國際團隊，通過“中國天眼”(FAST)“快速射電暴(FRB)的搜尋和多波段觀測”優先重大項目，最近對銀河系內磁星軟伽馬射線重復暴源SGR1935+2154開展多波段觀測獲得新發現，有望揭示磁星快速射電暴的可能起源。

“中國天眼”此次多波段觀測研究發現，SGR1935+2154的X射線硬度比具有與射電輻射活躍性關聯的雙分支模式，并為磁星快速射電暴及射電脈沖星輻射相轉換提供了統一自洽的物理圖像。

“中國天眼”本次觀測發現研究成果的藝術示意圖。中國科學院國家天文臺供圖

這項重要天文發現和研究工作填補了理解磁星射電輻射和快速射電暴連接性的關鍵一環，揭示磁星射電輻射與X射線輻射之間的內在相關性，可能存在與典型脈沖星射電輻射不同物理的機制。相關成果論文近日在國際天文學期刊《天體物理學雜志增刊系列》(The Astrophysical Journal Supplement Series)發表。

論文第一作者、中國科學院國家天文臺王培研究員介紹說，磁星是高度磁化的特殊中子星，磁星射電輻射與快速射電暴輻射機制的關系是當前天文學研究的前沿熱點方向。

2020年4月，加拿大氫氣強度映射實驗(CHIME)和美國射電暫現源巡天望遠鏡(STARE—2)望遠鏡在SGR1935+2154探測到銀河系內快速射電暴FRB200428，首次追蹤到磁星與FRB之間的聯系，為揭開FRB起源謎題奠定了基礎。

SGR1935+2154是唯一探測到X射線脈沖輻射、快速射電暴，繼而出現相位穩定射電脈沖發射的磁星，刷新了人們對磁星輻射的認識。銀河系磁星快速射電暴到射電脈沖星相的轉換特性也成為理解快速射電暴輻射機制的切入點。

王培指出，在本項研究中，研究團隊仔細分析了“中國天眼”在2020年10-11月對SGR1935+2154長期監測數據，結合中子星內部成分探測器(NICER)和斯威夫特天文臺(SWIFT)空間望遠鏡的高時間分辨率X射線觀測數據，發現X射線硬度比的雙分支行為與射電輻射活動性密切相關，在射電脈沖相出現時間窗口內X射線流量、硬度比存在系統性增強。

綜合觀測結果，研究團隊提出“星震—快速射電暴—磁扭結恢復—射電脈沖輻射”解釋：磁星星震產生快速射電暴觸發條件并導致輻射區磁力線扭結，磁層磁力線在數月解扭過程中形成相干條件產生射電脈沖輻射的同時，電子沿磁力線回流磁星表面轟擊形成熱斑，導致X射線能譜同步硬化。

這項結果的物理圖像為磁星快速射電暴以及射電脈沖延遲出現提供了統一解釋，并推測部分快速射電暴重復暴與磁星射電輻射可能源于相似物理過程，從而成為深入理解磁星輻射供能切換機制及快速射電暴可能起源的重要進展。

據了解，中國科學院國家天文臺研究員/清華大學天文系教授李菂、中國科學技術大學李劍教授為論文共同通訊作者，本項研究的中外合作機構包括美國內華達大學、西班牙空間科學研究所、中山大學、之江實驗室等。