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中国天眼FAST精细刻画射频宇宙偏振特征

科技焦点 2022-12-27 22:15:41447544CCTVYehua

快速射电暴(FRB)是宇宙中射电波段最强烈的爆发现象,其在毫秒量级的时标内可以释放太阳一天、一月甚至一年的能量,与之对应的辐射机制与起源则尚未可知。2007年人类发表第一例快速射电暴,“Lorimer Burst”,催生了一个飞速发展的全新领域。到目前为止,已有超过600个快速射电暴源被探测到,其中绝大多数只有一次探测,不到5%的快速射电暴观测到重复爆发,其中不到10例相对活跃。

作为电磁波的基本属性之一,偏振携带着光源本征的辐射特征以及光线传播环境的关键信息。一般的光源,包括白炽灯和大多数恒星例如太阳,属于非偏振光源,而在几乎所有重复爆发的快速射电暴中都曾探测到线偏振,但圆偏振较为罕见,此前只有一例重复暴FRB20201124A中有圆偏振的报道。

FRB20121102A是第一例被发现的重复暴。FRB20190520B是天眼CRAFTS巡天发现的首例持续活跃重复暴。作为数百例快速射电暴中唯二的拥有射电持续源(PRS)的爆发源,它们可能代表了特殊的起源或者特殊的演化阶段。通过深度监测,中国天眼FAST捕获到两源的极端活跃期,积累了大量宝贵观测数据,使研究人员得以尝试精细刻画动态宇宙中这一神秘现象的偏振特征。

中国科学院国家天文台李菂团队系统分析了中国天眼(FAST)对FRB20121102A和FRB20190520B的观测数据,发现两个重复暴均有不到5%的少量爆发存在圆偏振辐射特征,圆偏振度最高可达64%。如此高的圆偏振度限制了圆偏振来自多路径传播。可能的机制有极端磁场环境中的法拉第转换(Faraday conversion)或者是FRB源的本征特征。目前测算,圆偏振在非重复快速射电暴脉冲中出现的概率高于重复暴。显示无论哪种机制,重复暴产生圆偏振的条件更为苛刻。

这一发现,将有圆偏振重复暴的样本数量从1增加到3。作为为数不多的活跃重复暴,FRB20121102A、20190520B和20201124A圆偏振的探测暗示圆偏振可能是重复快速射电暴的共有特征。FAST进一步系统地精细刻画动态宇宙的射频偏振特征,将加深对于快速射电暴辐射机制的了解,有望最终揭示这一神秘天体物理现象的起源。

这一科研成果于北京时间2022年12月26日在“中国科技期刊卓越行动计划”综合性领军期刊《Science Bulletin》上作为封面文章发表。


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