“慧眼”衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南在辦公室里來回踱步，時不時停下來回復(fù)一下微信上的信息?！跋扔懻摰竭@里，我想一想?！被赝晷畔⒑螅瑥堧p南繼續(xù)踱步，大腦飛速旋轉(zhuǎn)。

2020年4月下旬，一顆名為SGR J1935+2154的銀河系內(nèi)磁星進(jìn)入活躍期，出現(xiàn)頻繁的X射線爆發(fā)。4月28日一早，張雙南以前的學(xué)生、北京師范大學(xué)天文系講師林琳建議，讓“慧眼”盯住這顆星。

盯不盯？作為“慧眼”衛(wèi)星的首席科學(xué)家，張雙南要考慮的因素很多。磁星是一種擁有極強(qiáng)磁場的中子星，“慧眼”以前做過觀測，但觀測到的有用成果不多。這次有沒有可能看到新現(xiàn)象？在昂貴的觀測時間成本和未知的科學(xué)回報之間，張雙南要做一個平衡。

十幾分鐘后，他做出決定。2020年4月28日的中午，“慧眼”衛(wèi)星收到來自地面的新指令：改變原定觀測計劃，對準(zhǔn)磁星SGR J1935+2154，觀測兩天。

正是這個決定，讓“慧眼”抓住了一次宇宙神秘閃爍的起源。2月19日，觀測結(jié)果在線發(fā)表于《自然·天文學(xué)》。

?慧眼衛(wèi)星觀測磁星（中科院高能所供圖）

猜想

指令發(fā)出后，是安靜的等待。就在“慧眼”對準(zhǔn)磁星后幾個小時，2020年4月28日格林威治時間14點34分，加拿大CHIME實驗和美國STARE2實驗同時通過射電信號看到了一個亮度極高的快速射電暴（FRB），命名為FRB 200428。

快速射電暴是2007年發(fā)現(xiàn)的神秘天文現(xiàn)象，在幾毫秒里能夠釋放出太陽一整天釋放的能量。對于這種極亮閃爍的來源，科學(xué)界有很多猜測，如兩顆致密星并合、致密星塌縮、磁星的爆發(fā)、中子星與小行星碰撞等，甚至還有人猜測是外星人發(fā)出的信號。

從FRB 200428的方向，科研人員推測，它與磁星SGR J1935+2154的方向大概一致，而且根據(jù)星際介質(zhì)對不同頻率射電信號之間的時間延遲推算，爆發(fā)源的距離為大約3萬光年，也跟SGR J1935+2154大致相符。但這一猜測缺乏確切的觀測證據(jù)。

4月29日凌晨，中國科學(xué)院高能物理研究所（簡稱中科院高能所）的“慧眼”衛(wèi)星團(tuán)隊收到了新鮮熱乎的觀測數(shù)據(jù)。

一直負(fù)責(zé)從海量數(shù)據(jù)中挖掘出有用信號的高能所副研究員李承奎，很快從數(shù)據(jù)堆中發(fā)現(xiàn)了一個不同尋常的信號。

“看到了！”李承奎又驚又喜?！绑@”是因為“慧眼”被磁星一個持續(xù)了1秒鐘的超亮X射線暴“晃了眼”，數(shù)據(jù)出現(xiàn)飽和?！跋病笔且驗椤捌毓膺^度”的那1秒鐘，出現(xiàn)在FRB 200428被監(jiān)測到之前約8.6秒，這個時間差別正好與星際物質(zhì)對射電信號的延遲相當(dāng)。也就是說，在快速射電暴出現(xiàn)時，這顆磁星正好產(chǎn)生了X射線暴。

只有一種解釋能說明這種巧合：FRB 200428來自這顆磁星。

實錘

2020年4月29日開始，“慧眼”衛(wèi)星的值班室就像一鍋突然被煮沸了的水。李承奎和“慧眼”載荷團(tuán)隊的其他科研人員開始開發(fā)處理數(shù)據(jù)飽和的代碼，對數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。這種忙碌狀態(tài)一直持續(xù)了兩天。

“數(shù)據(jù)越來越有趣，情況越來越簡單，事情越來越重要?！?月2日凌晨3點多，張雙南發(fā)了一條朋友圈。

在被修復(fù)的光變曲線上，兩個X射線脈沖形成了兩道尖峰，尖峰出現(xiàn)的時間顯示為2020年4月28日14點34分24秒。這兩個尖峰在時間上和射電望遠(yuǎn)鏡探測到的FRB 200428的兩個峰高度吻合。

假設(shè)被證實?！盎垩坌l(wèi)星基于獨特的準(zhǔn)直器設(shè)計，對X射線暴進(jìn)行了高精度定位，從而證明了該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(rèn)快速射電暴的起源天體，也是首個起源于銀河系內(nèi)的快速射電暴。對于理解快速射電暴的物理本質(zhì)，這是一個重要的里程碑?！睆堧p南告訴《中國科學(xué)報》。

“慧眼”衛(wèi)星探測到的X射線爆發(fā)，同時也被歐洲的INTEGRAL衛(wèi)星、俄羅斯的KONUS-WIND探測器和意大利的AGILE衛(wèi)星監(jiān)測到，但由于“慧眼”衛(wèi)星同時載有低能、中能、高能探測器，“它對FRB 200428的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計性最好、能區(qū)覆蓋最寬，提供了最為豐富、精細(xì)的時變和能譜信息。‘慧眼’衛(wèi)星還是國際上獨立定位了該X射線暴的兩顆天文衛(wèi)星之一，定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于探測到FRB 200428的兩個射電望遠(yuǎn)鏡的精度?！睆堧p南說。

不僅如此，“慧眼”衛(wèi)星也是唯一一個給出了爆發(fā)期間X射線能譜詳細(xì)演化的設(shè)備。根據(jù)“慧眼”的數(shù)據(jù)，科研人員發(fā)現(xiàn)，該X射線暴峰值處的X射線能譜和其他時間段暴的能譜顯著不同，同時也與絕大多數(shù)的磁星X射線暴明顯不同。

很快，他們在天文快報上公布了這項發(fā)現(xiàn)，并于5月22日上傳了該研究的預(yù)印本。

預(yù)印轉(zhuǎn)正 解謎繼續(xù)

由于“慧眼”等X射線衛(wèi)星的科研團(tuán)隊提交的論文數(shù)據(jù)多、信息量大，審稿周期長，《自然》雜志決定先刊發(fā)幾個地面天文臺對這次快速射電暴的射電研究成果，然后在《自然·天文學(xué)》子刊上刊登X射線研究成果。

即便最初上傳的只是預(yù)印本，研究數(shù)據(jù)仍令天文界振奮。從預(yù)印本刊發(fā)到如今通過同行評審正式刊發(fā)，8個多月來，預(yù)印本論文已被引用了50多次，期間，F(xiàn)RB 200428來自磁星的發(fā)現(xiàn)，被英國《自然》雜志評為2020年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，被美國《科學(xué)》雜志列入2020年十大科學(xué)突破。

看到“慧眼”團(tuán)隊發(fā)表的數(shù)據(jù)，STARE2實驗的發(fā)起人、美國加州理工學(xué)院天文學(xué)家、美國科學(xué)院院士Shrinivas Kulkarni通過郵件向張雙南提了一個建議：“如果你們能對這顆磁星做連續(xù)一個月的觀測，你們將會留下一個傳世的數(shù)據(jù)庫，會非常有科學(xué)價值。”

這個建議與張雙南的想法不謀而合。2020年5月初，“慧眼”團(tuán)隊在網(wǎng)上公布了他們接下來的觀測計劃，寫明了具體哪段時間段地球會擋在“慧眼”和這顆磁星中間，哪段時間“慧眼”會處于關(guān)閉狀態(tài)。這一做法使得全球的天文臺能夠與“慧眼”配合安排觀測。

“這一個月里，數(shù)據(jù)非常豐富，‘慧眼’看到了約100個來自這顆磁星的X射線爆發(fā)，這些數(shù)據(jù)非常珍貴?！睆堧p南表示，“慧眼”團(tuán)隊在已刊發(fā)的論文中并沒有對磁星產(chǎn)生快速射電暴的機(jī)制作出詳細(xì)的理論解釋，而這正是目前他們正在利用這些數(shù)據(jù)深入研究的內(nèi)容。

在“慧眼”衛(wèi)星穩(wěn)定運行的同時，中科院高能所牽頭研制的增強(qiáng)型X射線時變與偏振空間天文臺（eXTP）在經(jīng)過十多年的預(yù)研之后，也已進(jìn)入方案設(shè)計階段?！般y河系外的快速射電暴因為距離更遠(yuǎn)，其高能對應(yīng)體將非常微弱，eXTP將是探測它們的理想設(shè)備?！睆堧p南說。

或許，在不久的將來，快速射電暴的神秘面紗將會被徹底揭開。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-021-01302-6



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