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科學家發現新的快速射電暴

2019.3.05

　　快速射電暴是最近幾年最受關注的天文現象之一。自Duncan Lorimer等人于2007年在帕克斯（Parkes）64米射電望遠鏡的數據庫中發現第一個快速射電暴FRB 010724（亦稱Lorimer burst）以來（Lorimer et al. 2007, Science），在全球諸多射電望遠鏡的努力下，如今這類新的天文現象的觀測樣本數量已經達到上百個。隨著對其中一例具有重復爆發的快速射電暴（FRB 121102）精確定位和宇宙學起源證認，快速射電暴已經成為人類探索遙遠宇宙的新探針。人們對快速射電暴物理起源的探索，必將開拓對極端物理條件下致密星（中子星、黑洞）行為和性質的新認知。

　　眾所周知，帕克斯射電望遠鏡首次發現了快速射電暴這一神秘天文現象，并在過去10多年幾乎主導了對這一現象的搜尋工作。帕克斯望遠鏡的數據中心存儲了近三十年的射電搜尋數據，是研究快速射電暴等現象的寶貴資料。中國科學院紫金山天文臺研究員吳雪峰領導的高能時域天文研究團組最近幾年開展快速射電暴研究，他的博士生張松波在西澳大學教授Lister Staveley-Smith的聯合指導下，在澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）中主要致力于帕克斯望遠鏡的數據處理。近期，張松波等人在包含Lorimer burst的數據（“麥哲倫云”巡天）中，又發現了一個新的快速射電暴FRB 010312（Zhang et al. 2019, MNRAS, 484, L147）。FRB 010312的發生時間是2001年3月12日，比Lorimer等人發現的第一個快速射電暴FRB 010724早了4個多月，在所有已報道的快速射電暴中是第二早的，并且其射電脈沖寬度在已發表的樣本中是最大的。利用FRB 010312高色散量超出估算的紅移和距離，能夠計算出這一快速射電暴的各向同性能量，達到4.3X1033焦耳，是目前已發表的能量最高的快速射電暴之一（http://www.frbcat.org）。更重要的是，在增加這一新樣本后，“麥哲倫云”巡天得到的快速射電暴事件率提高到～0.0075個/平方度/小時，這與帕克斯望遠鏡搜索到快速射電暴最多的“高時間分辨宇宙（HTRU）”巡天項目給出的事件率（～0.0076個/平方度/小時）高度吻合。也就是說，這一發現如預期般找到了“麥哲倫云”巡天數據庫中缺失的一個快速射電暴。因為射電觀測采集數據量巨大，而且不同團隊科學目標和數據處理手段相對獨立，以及觀測中復雜而繁多的射電干擾，射電天文學家們很難保證已發現的事件沒有任何遺漏。這一工作說明了在初次發現快速射電暴的數據中，也存在著“漏網之魚”。正是因為這一遺漏，使得Lorimer等人在2007年所公布的發現更像是一個偶然事件。直到6年后Thornton等人發布了4個新的樣本后（Thornton et al. 2013, Science），快速射電暴才正式確認為一類新的天文現象，進而被更多的天文學家研究，也吸引了越來越多的射電望遠鏡和巡天計劃開展大樣本的搜尋工作。對于張松波團隊取得的這一新發現，Lorimer教授表示祝賀，并感嘆地評論道：“歷史的進程本可以被改變。”Lorimer及其合作者隨即發表了一篇研究簡報（Keane, Lorimer & Crawford, 2019, RNAAS，3, id.41），他們再次對“麥哲倫云”巡天數據庫進行重新處理，用獨立的搜尋方法確認了張松波等人的結果，并肯定了FRB 010312發現的科學意義。

　　此項工作得到自然科學基金委的杰出青年項目（11725314）及國家留學基金委聯合培養博士項目等的資助，已在英國《皇家天文學會月刊快報》（MNRAS Letters）上在線發表。此工作的澳方合作者包括CSIRO的George Hobbs、代實、Lawrence Toomey、Christopher Russell，以及西澳大學Lister Staveley-Smith。