近日，中国科学院上海天文台余文飞研究员带领的高能天体物理研究组与国际合作团队在“中国天眼”（五百米口径球面射电望远镜，快速无线电爆发（FRB）的精确定位——FRB 20190520B——及其无线电对应物的研究取得了突破性进展。 这项研究发现，这个快速射电暴拥有明亮而密集的持久射电源（PRS）。 这是迄今为止发现的 500 多个快速射电暴中的第二个例子。 它的近源电磁环境比以前更好。唯一发现的具有PRS的FRB更加极端，但没有发现紫外线和X射线短爆发对应物。 这一发现揭示了重复快速射电爆发的主动爆发特性、局部极端电磁环境和PRS的高光度之间可能存在的联系。 这些研究成果为天文学家解决快速射电暴起源和演化等前沿科学问题提供了重要的观测线索。 相关成果于6月9日发表在国际知名学术期刊《自然》上。

FRB 最初由天文学家 Lorimer 于 2007 年发现[1]。 这是一种神秘的无线电窄带突发现象。 单次爆发的持续时间在毫秒时间尺度，但辐射能量可以达到太阳一年的总辐射量。 基于这些观测特性，天文学家普遍认为快速射电暴（FRB）与致密天体，尤其是具有强磁场的致密天体的爆炸活动有关。 观测发现，其中少数快速射电暴会反复爆发。 在重复爆发的活跃期，天文学家可以为定位和监测做好准备，这有助于精确定位和搜索多波段对应物和宿主星系，从而有可能解决快速射电爆发的起源和演化等科学问题。

天文学家斯皮特勒等人。 2016 年发现了第一个重复快速射电暴 FRB 20121102A[2]。 同年，查特吉等人。 给出了FRB 20121102A的亚弧秒精确定位，并确定其宿主是矮星系。 他们还首次发现FRB 20121102A具有密集射电波段的PRS[3]，其亮度明显超过银河系射电天体的亮度。 FRB 20121102A 中的 PRS 与 FRB 之间必须存在连接。 因此，密集的PRS提供了一种直接检测和研究这种快速无线电爆发的近源环境的极好方法。 然而，由于之前只有一例FRB 20121102A，并且存在偶然因素，因此找到类似于FRB 20121102A的第二例FRB-PRS连接至关重要。

2020年，中国科学院国家天文台李鹤研究员带领的研究团队在系统处理FAST“同时天象”观测数据时发现，2019年5月20日的观测数据存在重复的高离散度。多科学目标调查（CRAFTS）”项目。 脉冲，这与FRB的观测特征一致。 这个新发现的快速射电暴随后被命名为 FRB 20190520B。 基于这一原创发现以及后续多次FAST观测获得的角度分级定位，上海天文台余文飞研究员带领的观测团队和国家天文台李赫研究员团队先后通过了美欧Swift天文卫星（Swift）于2020年5月和7月。），与美国甚大阵列（VLA）射电望远镜的FAST空对地同步观测和机会观测一起，寻找持续和短时尺度的多波段对应物，以及尝试实现FRB 20190520B百次以上精准定位。 合作团队通过2020年7月首次VLA观测，实现了FRB 20190520B亚弧秒级的精确定位，并成功探测到了与FRB相关的密集PRS（图1），并于四年后发现了FRB 20121102A。 上海天文台团队负责VLA系列观测中持续射电点源的测量和分析。

图 1. (a) 到 (c) 的十字线表示 VLA 定位给出的 FRB 20190520B 快速无线电爆发的方向。 (a) 图为CFHT望远镜获得的光学图像。 右下插图为FRB位置对应的宿主星系（黄圈）； (b) 图为斯巴鲁望远镜获得的红外图像； (c) 图为VLA望远镜。 在获得的射电图像中，可以看到与FRB位置一致的密集持久射电源（PRS）。 摘自 Niu 等人。 2022，Nature（详见文末论文链接）。

FRB 20190520B中的密集PRS是迄今为止500多例FRB中继FRB 20121102A之后发现的第二例。 协作团队实现亚角秒级精准定位后，还通过多台近红外和光学望远镜（包括美国帕洛马望远镜、凯克望远镜、加拿大CFHT望远镜）的观测，确定了FRB 20190520B的宿主。 -法国-夏威夷，以及日本的斯巴鲁望远镜）。 星系（J160204.31−111718.5）和红移值（约0.241），从而发现FRB 20190520B宿主星系局部环境贡献的色散值（Dispersion Measure，DM）是所有已知快速射电暴中最高的，因此远的。 最高值清楚地表明FRB 20190520B所在的电磁环境比FRB 20121102A所在的电磁环境更加极端（图2）。 FRB 20190520B更为极端的观测特性为天文学家探索FRB起源、辐射机制等前沿科学问题提供了重要线索。 该研究成果受到了领域内的广泛关注，产生了多篇精细分析和理论模型论文。

图 2. 精确定位的快速射电暴色散-红移关系。 清晰可见FRB 20190520B对宿主星系的电子密度有着极大的贡献（摘自Niu et al. 2022，Nature，详细请见文末论文链接）。

“FRB 20190520B是FAST迄今为止发现的约6个快速射电暴中第一个精确定位的快速射电暴，也是中国FAST发现的第一个发现具有PRS的快速射电暴。” 余文飞研究员表示，“和国家天文台团队通力合作，结合我国FAST的高灵敏度和美国甚大阵的定位优势，实现了FAST发现的FRB20190520B对美国甚大阵射电的精确定位”望远镜（图3）。” FAST的高灵敏度多波束巡天、国际开放的观测资源以及国际国内前沿的合作，为此次FRB 20190520B观测研究取得突破性进展提供了有利条件。 目前，协作团队正在进一步尝试准确定位FAST发现的其他快速射电暴。 “FRB 20190520B很可能是FRB起源的突破。我们仍在继续对FRB 20190520B及其PRS开展后续射电阵列观测研究。” 参与此项研究并主导甚大阵连续射电源观测数据分析的上海天文台博士生张先说道。 据了解，包括天眼望远镜在内的国内外先进望远镜将继续对这一次重复的快速射电暴进行监测和研究。

图3.夜空下的“中国天眼”FAST和美国甚大天文阵列（VLA）望远镜。 此次FRB 20190520B观测研究结合了我国FAST和美国甚大阵在快速射电暴方面的各自优势，取得了世界领先的国际成果。 （图片来自国家天文台）

研究团队包括来自中国科学院国家天文台、中国科学院上海天文台、西弗吉尼亚大学、加州理工学院、康奈尔大学、东京大学等国内外多家研究机构的研究人员。 上海天文台此项研究工作得到了国家自然科学基金重点项目和国家自然科学基金空间科学与卫星研究联合基金的支持。

笔记：

[1]Lorimer DR、Bailes M、McLaughlin MA 等人。 科学，2007年，318：777–780

[2]Spitler, LG, Scholz, P., Hessels, JWT 等人。 2016，《自然》，531、202

[3]Chatterjee, S.、Law, CJ、Wharton, RS 等人。 2017，自然，541, 58

论文链接：