“慧眼”衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南在辦公室里來(lái)回踱步，時(shí)不時(shí)停下來(lái)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(chǎng)的中子星，“慧眼”以前做過(guò)觀測(cè)，但觀測(cè)到的有用成果不多。這次有沒(méi)有可能看到新現(xiàn)象？在昂貴的觀測(cè)時(shí)間成本和未知的科學(xué)回報(bào)之間，張雙南要做一個(gè)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(lái)自地面的新指令：改變?cè)ㄓ^測(cè)計(jì)劃，對(duì)準(zhǔn)磁星SGR J1935+2154，觀測(cè)兩天。

正是這個(gè)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(cè)結(jié)果在線發(fā)表于《自然·天文學(xué)》。

?慧眼衛(wèi)星觀測(cè)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(duì)準(zhǔn)磁星后幾個(gè)小時(shí)，2020年4月28日格林威治時(shí)間14點(diǎn)34分，加拿大CHIME實(shí)驗(yàn)和美國(guó)STARE2實(shí)驗(yàn)同時(shí)通過(guò)射電信號(hào)看到了一個(gè)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(yáng)一整天釋放的能量。對(duì)于這種極亮閃爍的來(lái)源，科學(xué)界有很多猜測(cè)，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(cè)是外星人發(fā)出的信號(hào)。

從FRB 200428的方向，科研人員推測(cè)，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(duì)不同頻率射電信號(hào)之間的時(shí)間延遲推算，爆發(fā)源的距離為大約3萬(wàn)光年，也跟SGR J1935+2154大致相符。但這一猜測(cè)缺乏確切的觀測(cè)證據(jù)。

4月29日凌晨，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所（簡(jiǎn)稱中科院高能所）的“慧眼”衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)收到了新鮮熱乎的觀測(cè)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(hào)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(gè)不同尋常的信號(hào)。

“看到了！”李承奎又驚又喜?！绑@”是因?yàn)椤盎垩邸北淮判且粋€(gè)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?yàn)椤捌毓膺^(guò)度”的那1秒鐘，出現(xiàn)在FRB 200428被監(jiān)測(cè)到之前約8.6秒，這個(gè)時(shí)間差別正好與星際物質(zhì)對(duì)射電信號(hào)的延遲相當(dāng)。也就是說(shuō)，在快速射電暴出現(xiàn)時(shí)，這顆磁星正好產(chǎn)生了X射線暴。

只有一種解釋能說(shuō)明這種巧合：FRB 200428來(lái)自這顆磁星。

實(shí)錘

2020年4月29日開(kāi)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(duì)的其他科研人員開(kāi)始開(kāi)發(fā)處理數(shù)據(jù)飽和的代碼，對(duì)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(lái)越有趣，情況越來(lái)越簡(jiǎn)單，事情越來(lái)越重要。”5月2日凌晨3點(diǎn)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(gè)X射線脈沖形成了兩道尖峰，尖峰出現(xiàn)的時(shí)間顯示為2020年4月28日14點(diǎn)34分24秒。這兩個(gè)尖峰在時(shí)間上和射電望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的FRB 200428的兩個(gè)峰高度吻合。

假設(shè)被證實(shí)。“慧眼衛(wèi)星基于獨(dú)特的準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)，對(duì)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(lái)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(gè)起源于銀河系內(nèi)的快速射電暴。對(duì)于理解快速射電暴的物理本質(zhì)，這是一個(gè)重要的里程碑。”張雙南告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

“慧眼”衛(wèi)星探測(cè)到的X射線爆發(fā)，同時(shí)也被歐洲的INTEGRAL衛(wèi)星、俄羅斯的KONUS-WIND探測(cè)器和意大利的AGILE衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到，但由于“慧眼”衛(wèi)星同時(shí)載有低能、中能、高能探測(cè)器，“它對(duì)FRB 200428的觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)性最好、能區(qū)覆蓋最寬，提供了最為豐富、精細(xì)的時(shí)變和能譜信息。‘慧眼’衛(wèi)星還是國(guó)際上獨(dú)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(cè)到FRB 200428的兩個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡的精度?！睆堧p南說(shuō)。

不僅如此，“慧眼”衛(wèi)星也是唯一一個(gè)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(shí)間段暴的能譜顯著不同，同時(shí)也與絕大多數(shù)的磁星X射線暴明顯不同。

很快，他們?cè)谔煳目靾?bào)上公布了這項(xiàng)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(duì)提交的論文數(shù)據(jù)多、信息量大，審稿周期長(zhǎng)，《自然》雜志決定先刊發(fā)幾個(gè)地面天文臺(tái)對(duì)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(guò)同行評(píng)審正式刊發(fā)，8個(gè)多月來(lái)，預(yù)印本論文已被引用了50多次，期間，F(xiàn)RB 200428來(lái)自磁星的發(fā)現(xiàn)，被英國(guó)《自然》雜志評(píng)為2020年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，被美國(guó)《科學(xué)》雜志列入2020年十大科學(xué)突破。

看到“慧眼”團(tuán)隊(duì)發(fā)表的數(shù)據(jù)，STARE2實(shí)驗(yàn)的發(fā)起人、美國(guó)加州理工學(xué)院天文學(xué)家、美國(guó)科學(xué)院院士Shrinivas Kulkarni通過(guò)郵件向張雙南提了一個(gè)建議：“如果你們能對(duì)這顆磁星做連續(xù)一個(gè)月的觀測(cè)，你們將會(huì)留下一個(gè)傳世的數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)非常有科學(xué)價(jià)值?！?/p>

這個(gè)建議與張雙南的想法不謀而合。2020年5月初，“慧眼”團(tuán)隊(duì)在網(wǎng)上公布了他們接下來(lái)的觀測(cè)計(jì)劃，寫(xiě)明了具體哪段時(shí)間段地球會(huì)擋在“慧眼”和這顆磁星中間，哪段時(shí)間“慧眼”會(huì)處于關(guān)閉狀態(tài)。這一做法使得全球的天文臺(tái)能夠與“慧眼”配合安排觀測(cè)。

“這一個(gè)月里，數(shù)據(jù)非常豐富，‘慧眼’看到了約100個(gè)來(lái)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(duì)在已刊發(fā)的論文中并沒(méi)有對(duì)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(yùn)行的同時(shí)，中科院高能所牽頭研制的增強(qiáng)型X射線時(shí)變與偏振空間天文臺(tái)（eXTP）在經(jīng)過(guò)十多年的預(yù)研之后，也已進(jìn)入方案設(shè)計(jì)階段。“銀河系外的快速射電暴因?yàn)榫嚯x更遠(yuǎn)，其高能對(duì)應(yīng)體將非常微弱，eXTP將是探測(cè)它們的理想設(shè)備。”張雙南說(shuō)。

或許，在不久的將來(lái)，快速射電暴的神秘面紗將會(huì)被徹底揭開(kāi)。

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



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