這是人類首次確認快速射電暴的起源天體，也是首個起源於銀河系內的快速射電暴。
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新京報記者 張璐 編輯 劉夢婕 校對 吳興發
快速射電暴是2007年發現的神秘天文現象，其起源和產生機制是當今天文學的最大謎題之一。
昨日（2月19日），記者從中國科學院高能物理研究所（高能所）獲悉，慧眼天文衛星發現首個跟神秘的快速射電暴相關聯的X射線暴，確認其來自銀河系內的磁星SGR J1935+2154。這一發現，與國際上其他望遠鏡的觀測一起，證明快速射電暴可以起源於磁星爆發，破解了快速射電暴的起源之謎。
這是人類首次確認快速射電暴的起源天體，也是首個起源於銀河系內的快速射電暴。2月19日，國際期刊《Nature Astronomy》（《自然·天文學》）在線發表了慧眼（HXMT）衛星這項最新觀測結果。
▲中國科學院高能物理研究所舉行新聞發佈會，介紹“慧眼衛星破解快速射電暴起源”情況。新京報記者 張璐 攝
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神秘的天文現象
快速射電暴簡稱FRB（Fast Radio Burst），是2007年發現的神秘的天文現象，其持續時間只有幾個毫秒，迄今為止，人類探測到了來自不同天區位置的上百個快速射電暴，而且觀測到了來自同一方向的重複暴發。因此，快速射電暴在宇宙中發生極為頻繁，根據估算每天至少有成千上萬次到達地球。
然而，在本次發現之前，並沒有探測到快速射電暴在射電波以外其他波段的輻射，且具有精確定位的快速射電暴都來自銀河系之外的遙遠宇宙。這種神秘暴發現象的起源和產生原因成為當今天文學的最大謎題之一。
為了解釋快速射電暴，科學家們提出了各種猜想，包括兩顆緻密星併合、緻密星塌縮、磁星的爆發、中子星與小行星碰撞等，甚至還有人猜測是外星人發出的信號。近年來，快速射電暴的研究資料越來越豐富，關於其起源之謎的爭論也越發激烈。
據慧眼衛星首席科學家張雙南介紹，要弄清快速射電暴產生的原因，關鍵有兩點：第一是要找到其對應的天體，第二是看到快速射電暴在其他波段的輻射，限制其物理機制。
2020年4月28日， 格林威治時間下午2點34分，加拿大CHIME實驗和美國STARE2實驗同時看到了一個亮度極高的快速射電暴，被命名為FRB 200428，其方向與銀河系內的磁星SGR J1935+2154方向大概一致，而且根據恆星際介質對不同頻率射電信號之間的時間延遲推算，暴發源的距離為大約3萬光年，也跟SGR J1935+2154大致相符。因此，FRB 200428很可能起源於銀河系內的這顆磁星，但還需要更多的觀測證據加以確認。
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首次確認快速射電暴起源天體
磁星是表面磁場強度為地球磁場強度百萬億倍以上的中子星，在活躍期間會出現劇烈的X射線暴發，因此很多理論家認為它們也可以產生快速射電暴。
2020年4月中旬，SGR J1935+2154進入了一個新的活躍期，開始出現頻繁的X射線暴發。“兩分鐘發生了幾百次，非常劇烈。”北京師範大學天文系博士林琳說。根據林琳的建議，在這種情況下，慧眼衛星調整了既定的觀測計劃，對這顆磁星進行了長時間定點觀測。
在FRB 200428之前約8.6秒，慧眼衛星探測到了來自這顆磁星方向的一個極亮的X射線暴發，它同時也被歐洲的INTEGRAL衛星、俄羅斯的KONUS-WIND探測器和意大利的AGILE衛星監測到。這個時間差別正好與恆星際物質對射電信號的延遲相當，說明X射線暴和快速射電暴起源於同一次爆發。
此外，慧眼衛星基於獨特的準直器設計，對X射線暴進行了高精度定位，從而證明瞭該X射線暴和快速射電暴都來自這顆磁星。這是人類首次確認快速射電暴的起源天體，也是首個起源於銀河系內的快速射電暴。關於FRB 200428的相關研究成果，被英國《自然》雜誌評為2020年十大科學發現之一，也被美國《科學》雜誌列入2020年十大科學突破。
▲慧眼衛星觀測磁星。圖/中科院高能物理所研究所
這個發現是否可以完全排除快速射電暴是外星人的通訊信號？慧眼衛星地面應用系統副總師宋黎明說，FRB 200428的起源是磁星SGR J1935+2154，磁星是具有強磁場的中子星，半徑大約10公裡，質量比太陽還要大，中子星的表面磁場和引力非常強烈，磁星的表面也是沒有大氣的。在這幾個因素之下，中子星不具備生物生存條件。
“快速射電暴FRB 200428的起源肯定不是來自外星人，至於其他快速射電暴會不會來自外星人，目前不能完全排除，但可能性變得比較小。因為其他快速射電暴特徵和FRB 200428是一致的。”張雙南補充說。
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慧眼是如何立功的？
慧眼衛星是我國第一顆空間X射線天文衛星，由高能所李惕碚院士等人在1993年提出。宋黎明說，自2017年6月15日發射升空以來，慧眼衛星已在軌穩定運行超過3年半，並在黑洞、中子星等研究方面取得一系列重要成果。“慧眼設計壽命4年，目前狀態良好，預期可運行約10年。”張雙南說。
跟其他高能天文衛星的觀測數據相比，慧眼衛星對FRB 200428的觀測數據統計性最好、能區覆蓋最寬，提供了最為豐富、精細的時變和能譜信息。慧眼衛星還是國際上獨立定位了該X射線暴的兩顆天文衛星之一，定位精度遠遠高於探測到FRB 200428的兩個射電望遠鏡的精度。在這個X射線暴發的光變曲線中，慧眼衛星探測到兩個X射線脈衝跟快速射電暴的雙峰在時間上高度吻合，該結果後來也被其他衛星的數據所證實。
“這次對該磁星和快速射電暴的觀測，也體現了慧眼衛星作為空間天文臺的強大科學能力。”
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慧眼的“繼任者”
在探索極端宇宙的進程中，“慧眼”衛星的“繼任者”——eXTP也蓄勢待發。在慧眼衛星穩定運行的同時，高能所牽頭研製的增強型X射線時變與偏振空間天文臺（eXTP）在經過十多年的預研之後，已經進入方案設計階段。
張雙南介紹，目前仍有若幹“極端宇宙”科學問題尚待解決：極端引力問題，黑洞提供了宇宙中最強的引力場，但在這種極端引力條件下會發生什麼現象還沒有精確的觀測結果；極端磁場問題，中子星提供了宇宙中最強的磁場，但是在這種情況下真空漲落會產生什麼還沒有直接的觀測結果；極端密度問題，中子星內部的物質密度在宇宙中最高，但是其內部是由中子還是誇克物質組成也仍是未解之謎。
eXTP有望解決這些“極端問題”。張雙南說，eXTP是中國領導的大型國際合作空間X射線天文衛星項目，將是2027年之後國際領先的旗艦級空間X射線天文臺。在中子星、黑洞等天體的研究方面，其綜合性能相比於國際同類衛星有一個數量級以上的提升，將把中國的空間高能天文研究進一步帶入國際領先水平。
“eXTP的科學目標為‘一奇二星三極端’——黑洞奇點，中子星和誇克星，極端引力、極端磁場、極端密度，將為探索極端宇宙做出重大貢獻。”
記者瞭解到，銀河系外的快速射電暴因為距離更遠，其高能對應體將非常微弱，eXTP將是探測它們的理想設備。
值班編輯 花木南 康嘻嘻
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