快速射电暴（Fast Radio Bursts， FRB），是一种神秘的来自银河系外的射电天文现象。爆发的持续时间仅为几个毫秒，却可在这极短的时间内显示出极高的亮度，相当于太阳在一整天内释放的能量。 [1]
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。 [9]
- 中文名
- 快速射电暴
- 外文名
- Fast Radio Bursts， FRB
- 本 质
- 无线电波
- 能 量
- 太阳在一整天内释放
- 学 科
- 天文学
- 爆发时间
- 几毫秒
几才耻厚遥远宇宙中突然出现的短暂而明亮的无线电波爆发，从近十年前首次被报告，就一直让天文学家感到困惑。这些神秘的事件只有少数几起得到确凿的证认，但是此前的观测没有多少细节可以揭示它们到底如何发生，甚至到底在哪里发生。
分析了近700个小时的美国国家科学基金会（NSF）绿堤望远镜（GBT）存档数据后，一组天文学家已经发现了一个迄今为止包含最多细节的快速射电暴事件。这些新分析的数据，其中同时包括线偏振和圆偏振数据，表明这一爆发发生在高度磁化的区域内，有可能是一个近期的超新星，或活跃的恒星形成星云。
快速射电府旬暴是用射电望远镜探测到的来历不明的短暂闪光，虽然持续的时间还不到一秒钟，它所包含的能量却比我们的太阳几十万年中发出的能量还多。迄今只有11个FRB事件获得了确凿的证认，但天文学家们相信，在可观测的宇宙中每天都会发生成千上万这样的爆发。但挨厦询是，要找到它们，却需要仔细而审慎地分析当前和存档中的日常射电天文观测记录数据。
在此前观测的快速射电暴中，只探测到过圆偏振数据。造成这种情况的部分原因是望远镜的观测能力，另外还有所能存储的望远镜数据的限制。绿堤望远镜既有探测完整的偏振图像的能力，又有充足的观测数据存档。
通过研究这最近一次探测到的线偏振数据，研究人员发现，从快速射电暴发出的无线电波显示出法拉第旋转效应，这是当无线电波通过一个强大的磁场时发生的螺旋形扭曲，其形状就好像开启葡萄酒瓶木塞的螺旋起子。
对信号进一步的分析表明，它在来地球的路上经过了两个不同的称为（散射）屏的电离气体区域。通过分析两个屏之间的相互作用，天文学家能够确定它们的相对位置。最强的屏非常接近爆发的源头，在爆发源的十万光年以内，这将其置于少桨源所处的星系内。只有两种东西可以在信号上留下这样的印记：源周围的星云，或者其星系中心的电离纸寻组气体。
此外研究人员还发现快速射电暴的无线电辐射具有类似恒星的闪烁现象。这种无线电波段的闪烁现象通常出现在脉冲星的观测中。中国科学院国家天文台的李毅超博士分析了快速射电暴方向上一颗脉冲星的闪烁数据，表明快速射电暴也和脉冲星一样故劝付，其闪烁部分是由银河系星际介质引起的；同时也说明其爆发位置应当在30亿光年以内。
100米的绿堤望远镜（又译：格林班克望远镜）是目前世界上最大的全可动射电望远镜。它所处的（美国）国家射电宁静区和西弗吉尼亚射电天文区的位置使这匪旬您一具有令人难以汽挨凝置信的灵敏度的望远镜可以免收不必要的无线电干扰，从而进行独特的观测。美国国立射电天文台是一个美国国家科学基金会的设施，根据合作协议由联合大学公司运行。 [2]
2007年，Lorimer团队从澳大利亚Parkes望远镜历史的存档数据中找到了人类历史上第一个被观测到的FRB事件：FRB 010724。 [1]
2015年1月2日，中国科学院国家天文台对外发布三项天文观测新成果，依次是对银河系恒星做“人口普查”、快速射电暴、黑洞数据。“快速射电暴”是中国国家天文台研究人员在参与的国际合作项目中，发现了快速射电暴，猜想可能是一个近期的超新星遗迹或是活跃的恒星星云。 [3]
2020年7月，《自然》期刊发表了一篇关于周期性重复快速射电暴的报道，其约为16天的周期特征将为我们揭示快速射电暴的起源迈进巨大的一步。 [1]
2022年3月，中国科研团队通过“中国天眼”FAST观察并计算出快速射电暴的起源证据，这一发现于3月18日刊登于国际权威学术期刊《科学》杂志。中国科学院国家天文台研究员、“中国天眼”首席科学家李菂介绍，快速射电暴是一种能量极强、射电波段的电磁波爆发，是一种宇宙中的极端爆炸。“快速射电暴在几毫秒时间里释放的能量相当于太阳几天甚至一年内释放的能量。研究这种极端爆炸的产生机制可能对物理学和天文学产生革命性的影响。”李菂说。 [8-9]
2022年9月21日，由北京大学李柯伽教授、东苏勃教授与胥恒、陈平博士等人参与的FAST优先和重大科学研究团队，在国际学术期刊Nature发表文章对重复性快速射电暴FRB20201124A的起源进行了评估。该团队通过对这个源的深度观测取得的若干重要发现都是国际首次 [13]。
2024年4月，从中国科学院国家天文台获悉，中国科学院国家天文台李菂研究员带领团队提出了一种全新分析构架“Pincus-Lyaponov相图”，得以量化爆发事件的随机性和混沌性，揭示了快速射电暴的时间-能量表现与地震和太阳耀斑等存在本质区别，这种差异挑战了快速射电暴的星震起源。中国天眼通过中国天眼FAST的强大观测能力结合创新的分析方法，未来科学家或将能够深入刻画宇宙间的神秘爆发信号，有望最终揭示宇宙的起源。这项研究工作于北京时间2024年4月12日，在“中国科技期刊卓越行动计划 ”综合性期刊《Science Bulletin》上作为封面文章发表。 [14]
三个FRB观测对后牛顿参数γ差值的限制结果虽然目前关于快速射电暴的物理起源尚不清楚，但是它们绝大多数爆发于高银纬处，而且它们的色散量要远远超过银河系星际介质的贡献，因此一般认为它们是河外起源甚至是宇宙学起源。另一方面，快速射电暴的光变曲线一般呈现简单的单脉冲特征，人们很容易得到不同射电频率光子的观测时间延迟。吴雪峰等人由此提出河外或宇宙学起源的快速射电暴可以被用来精确检验爱因斯坦等效原理。该工作利用一个快速射电暴FRB 110220和两个可能的快速射电暴与伽玛暴成协事件(FRB/GRB 101011A和FRB/GRB 100704A)为例，计算发现以不同频率的射电光子为检验粒子时，后牛顿参数γ的差值上限被限制到10量级。这一结果是迄今为止的最好限制结果，比之前相关限制至少要提高了1-2个量级，并且把对爱因斯坦等效原理的检验扩展到了射电波段，从而进一步证明了爱因斯坦等效原理假设的正确性。 [4]
脉冲星和快速射电暴距离研究获进展
天文研究中，测量天体到地球的距离通常很困难，但距离是最基本的参数。脉冲星距离是进一步研究脉冲星起源、演化、分布以及辐射特性等所需最基本的参数。目前已发现的两千多颗脉冲星中仅约有十分之一的脉冲星具有测量距离（不依赖于模型的距离)。近年来，快速射电暴是天文观测中发现的一类起源未知的、色散量较大的、持续时间为毫秒级的射电脉冲。快速射电暴的距离对分析其起源以及与银河系的位置关系（河内源或河外源）非常重要。已探测到的17个快速射电暴中有红移测量的仅为两个。
脉冲星发现不久，科学家发现使用脉冲星测量距离以及色散量（DM）可构建银河系的电子密度模型。应用此模型可估测所有具有色散量测量的银河系内脉冲星的距离，且模型距离的精度极大依赖于已知距离测量的脉冲星数目、准确度。最近的银河系电子密度模型是NE2001模型，此模型主要描述了银河系内自由电子密度的分布。
近期，中国科学院新疆天文台博士生姚菊枚构建了新的电子密度模型（简称YMW16）。相对已有模型，通过近十多年观测，YMW16具备以下有利条件：一、具有测量距离的脉冲星数目增加了一倍，且银河系结构参数精度提高；二、麦哲伦云脉冲星数目增加，对麦哲伦云结构认识得到提高；三、发现快速射电暴，研究了星系际介质自由电子密度的分布。研究人员紧抓时机，提出的YMW16不仅提高了银河系脉冲星模型距离精度，在95%的置信区间范围内优于NE2001近40%，且是第一个可用于估测麦哲伦云脉冲星及快速射电暴距离的模型。姚菊玫在澳大利亚天文台教授R. N. Manchester与导师王娜的指导下，完成这项工作。相关研究成果已发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal，2017, 835, 29）上。
今后，具有测量距离的脉冲星数目的增加、更准确的银河系结构以及更多快速射电暴红移的测量，将有助于人们进一步检测和提高YMW16对距离估计的精度。 [5]
天文学家观测到迄今最明亮的“快速射电暴”
迄今为止天文学家仅探测到18次快速射电暴，多数仅单次爆发，不会重复爆发。此外，天文望远镜探测的多数快速射电暴图像分辨率较差，从而很难精确定位爆发位置。目前，最新观测的明亮快速射电暴FRB 150807可使天文学家更精确地定位爆发位置。 [6]
2022年，中国天眼FAST发现首例持续活跃快速射电暴，该成果于北京时间2022年6月9日在国际学术期刊《自然》杂志发表。 [10]。6月9日，来自中国“天眼”（FAST）的一项关于快速射电暴的研究成果登上国际学术期刊《自然》。 [11]
2022年，中国天眼FAST快速射电暴优先和重大项目科学研究团队开展了对快速射电暴20201124A的深度观测，获得了迄今为止最大的快速射电暴偏振观测样本，首次探测到了距离快速射电暴中心仅1个天文单位（即太阳到地球的距离）的周边环境的磁场变化，对确定快速射电暴中心引擎机制迈出关键一步。该成果于北京时间2022年9月21日在国际学术期刊《自然》杂志发表。 [12]
