中国天眼FAST首次观测到快速射电暴的闪烁弧现象

近日，《中国科学：物理学力学 天文学》发表由国家天文台脉冲星和引力物理团组博士后吴子为和德国马普射电天文研究所、北京师范大学天文与天体物理前沿所和美国内华达大学等单位研究人员组成的联合团队，通过FAST“快速射电暴的搜寻和多波段观测”优先重大项目开展的研究工作。该工作通过分析快速射电暴FRB　20220912A信号在时间和频率上的相关性，首次发现了快速射电暴的闪烁弧现象。该工作表明快速射电暴在频率域内展现的MHz带宽和分钟量级的变化是由星际传播效应导致的，闪烁弧现象的发现为研究快速射电暴的传播介质，以及其可能的轨道运动提供了一种全新的手段。

快速射电暴一般是源于宇宙深处其他星系的毫秒级射电爆发。目前全世界的射电望远镜已经发现了几千例这样的爆发，其中数十例还会重复爆发。这些重复爆发的源被称为重复快速射电暴。FRB产生机制和起源天体是目前天体物理最热门的研究方向之一。当前快速射电暴的研究重心在其能量特点，偏振特性，多波段观测和宿主星系定位等。FRB闪烁研究一直是该领域内的难点，正如康奈尔大学射电天文学家James M.Cordes在同期《中国科学》上发表针对该文的评述论文中指出的：“到目前为止，FRB闪烁现象只在少数源中被观测到，对闪烁的研究还局限于频率上的演化，重复FRB信号的事件率过低，不足以研究闪烁结构在时间上的相关性。”

FAST作为目前最大的单天线望远镜，其高灵敏度非常适合开展重复FRB的星际闪烁研究。团队对FRB 20220912A进行了多次1小时的观测，个别观测中亮爆发的事件率大于100个每小时。极高的事件率为研究重复FRB在时间上的相关性提供了足够的样本，并由此得到了FRB的完整动态谱（图1左侧）。团队在二次谱中（动态谱的傅里叶形式）首次发现，FRB信号的几何时间延迟和多普勒红移呈现出简单的二次方关系（闪烁弧现象，图1右侧）。该现象表明一层薄的电离星际介质主导了FRB　20220912A的闪烁现象。团队也依据当前流行的FRB起源模型，预测了对应的闪烁弧曲率。并进一步与观测到的闪烁弧曲率进行了对比，最终，我们更倾向于FRB 20220912A的闪烁弧由银河系内的介质产生。

James M.Cordes进一步表示：“这种方法将会找到FRB宿主星系和银河系内的星际介质并刻画其性质，将会作为一个非常重要的手段去理解FRB以及其临近介质”。闪烁弧的曲率依赖于整个闪烁系统有效速度和主导闪烁现象介质的相对位置。如果FRB存在轨道运动而且星际闪烁由FRB临近介质主导，那么闪烁弧曲率也将呈现出相应的周期性变化。目前，团队正在基于FAST数据，搜索FRB闪烁弧曲率的非周年性变化，期待找到FRB存在轨道运动的直接观测证据，继续深入探究FRB起源。

图1：上图展示的是FRB 20220912A的动态谱，该图反应的是FRB流量随时间和频率的演化。下图是相应的二次谱。