“慧眼”衛星首席科學家張雙南在辦公室裏來回踱步，時不時停下來回複一下微信上的信息。“先討論到這裏，我想一想。”回完信息後，張雙南繼續踱步，大腦飛速旋轉。

2020年4月下旬，一顆名為(wei) SGR J1935+2154的銀河係內(nei) 磁星進入活躍期，出現頻繁的X射線爆發。4月28日一早，張雙南以前的學生、北京師範大學天文係講師林琳建議，讓“慧眼”盯住這顆星。

盯不盯？作為(wei) “慧眼”衛星的首席科學家，張雙南要考慮的因素很多。磁星是一種擁有極強磁場的中子星，“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象？在昂貴的觀測時間成本和未知的科學回報之間，張雙南要做一個(ge) 平衡。

十幾分鍾後，他做出決(jue) 定。2020年4月28日的中午，“慧眼”衛星收到來自地麵的新指令：改變原定觀測計劃，對準磁星SGR J1935+2154，觀測兩(liang) 天。

正是這個(ge) 決(jue) 定，讓“慧眼”抓住了一次宇宙神秘閃爍的起源。2月19日，觀測結果在線發表於(yu) 《自然·天文學》。

 慧眼衛星觀測磁星（中科院高能所供圖）

猜想

指令發出後，是安靜的等待。就在“慧眼”對準磁星後幾個(ge) 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(ge) 亮度極高的快速射電暴（FRB），命名為(wei) FRB 200428。

快速射電暴是2007年發現的神秘天文現象，在幾毫秒裏能夠釋放出太陽一整天釋放的能量。對於(yu) 這種極亮閃爍的來源，科學界有很多猜測，如兩(liang) 顆致密星並合、致密星塌縮、磁星的爆發、中子星與(yu) 小行星碰撞等，甚至還有人猜測是外星人發出的信號。

從(cong) FRB 200428的方向，科研人員推測，它與(yu) 磁星SGR J1935+2154的方向大概一致，而且根據星際介質對不同頻率射電信號之間的時間延遲推算，爆發源的距離為(wei) 大約3萬(wan) 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。

4月29日淩晨，中國科學院高能物理研究所（簡稱中科院高能所）的“慧眼”衛星團隊收到了新鮮熱乎的觀測數據。

一直負責從(cong) 海量數據中挖掘出有用信號的高能所副研究員李承奎，很快從(cong) 數據堆中發現了一個(ge) 不同尋常的信號。

“看到了！”李承奎又驚又喜。“驚”是因為(wei) “慧眼”被磁星一個(ge) 持續了1秒鍾的超亮X射線暴“晃了眼”，數據出現飽和。“喜”是因為(wei) “曝光過度”的那1秒鍾，出現在FRB 200428被監測到之前約8.6秒，這個(ge) 時間差別正好與(yu) 星際物質對射電信號的延遲相當。也就是說，在快速射電暴出現時，這顆磁星正好產(chan) 生了X射線暴。

隻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”載荷團隊的其他科研人員開始開發處理數據飽和的代碼，對數據進行修複。這種忙碌狀態一直持續了兩(liang) 天。

“數據越來越有趣，情況越來越簡單，事情越來越重要。”5月2日淩晨3點多，張雙南發了一條朋友圈。

在被修複的光變曲線上，兩(liang) 個(ge) X射線脈衝(chong) 形成了兩(liang) 道尖峰，尖峰出現的時間顯示為(wei) 2020年4月28日14點34分24秒。這兩(liang) 個(ge) 尖峰在時間上和射電望遠鏡探測到的FRB 200428的兩(liang) 個(ge) 峰高度吻合。

假設被證實。“慧眼衛星基於(yu) 獨特的準直器設計，對X射線暴進行了高精度定位，從(cong) 而證明了該X射線暴和快速射電暴都來自這顆磁星。這是人類首次確認快速射電暴的起源天體(ti) ，也是首個(ge) 起源於(yu) 銀河係內(nei) 的快速射電暴。對於(yu) 理解快速射電暴的物理本質，這是一個(ge) 重要的裏程碑。”張雙南告訴《中國科學報》。

“慧眼”衛星探測到的X射線爆發，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，但由於(yu) “慧眼”衛星同時載有低能、中能、高能探測器，“它對FRB 200428的觀測數據統計性最好、能區覆蓋最寬，提供了最為(wei) 豐(feng) 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(liang) 顆天文衛星之一，定位精度遠遠高於(yu) 探測到FRB 200428的兩(liang) 個(ge) 射電望遠鏡的精度。”張雙南說。

不僅(jin) 如此，“慧眼”衛星也是唯一一個(ge) 給出了爆發期間X射線能譜詳細演化的設備。根據“慧眼”的數據，科研人員發現，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(yu) 絕大多數的磁星X射線暴明顯不同。

很快，他們(men) 在天文快報上公布了這項發現，並於(yu) 5月22日上傳(chuan) 了該研究的預印本。

預印轉正 解謎繼續

由於(yu) “慧眼”等X射線衛星的科研團隊提交的論文數據多、信息量大，審稿周期長，《自然》雜誌決(jue) 定先刊發幾個(ge) 地麵天文台對這次快速射電暴的射電研究成果，然後在《自然·天文學》子刊上刊登X射線研究成果。

即便最初上傳(chuan) 的隻是預印本，研究數據仍令天文界振奮。從(cong) 預印本刊發到如今通過同行評審正式刊發，8個(ge) 多月來，預印本論文已被引用了50多次，期間，FRB 200428來自磁星的發現，被英國《自然》雜誌評為(wei) 2020年十大科學發現之一，被美國《科學》雜誌列入2020年十大科學突破。

看到“慧眼”團隊發表的數據，STARE2實驗的發起人、美國加州理工學院天文學家、美國科學院院士Shrinivas Kulkarni通過郵件向張雙南提了一個(ge) 建議：“如果你們(men) 能對這顆磁星做連續一個(ge) 月的觀測，你們(men) 將會(hui) 留下一個(ge) 傳(chuan) 世的數據庫，會(hui) 非常有科學價(jia) 值。”

這個(ge) 建議與(yu) 張雙南的想法不謀而合。2020年5月初，“慧眼”團隊在網上公布了他們(men) 接下來的觀測計劃，寫(xie) 明了具體(ti) 哪段時間段地球會(hui) 擋在“慧眼”和這顆磁星中間，哪段時間“慧眼”會(hui) 處於(yu) 關(guan) 閉狀態。這一做法使得全球的天文台能夠與(yu) “慧眼”配合安排觀測。

“這一個(ge) 月裏，數據非常豐(feng) 富，‘慧眼’看到了約100個(ge) 來自這顆磁星的X射線爆發，這些數據非常珍貴。”張雙南表示，“慧眼”團隊在已刊發的論文中並沒有對磁星產(chan) 生快速射電暴的機製作出詳細的理論解釋，而這正是目前他們(men) 正在利用這些數據深入研究的內(nei) 容。

在“慧眼”衛星穩定運行的同時，中科院高能所牽頭研製的增強型X射線時變與(yu) 偏振空間天文台（eXTP）在經過十多年的預研之後，也已進入方案設計階段。“銀河係外的快速射電暴因為(wei) 距離更遠，其高能對應體(ti) 將非常微弱，eXTP將是探測它們(men) 的理想設備。”張雙南說。

或許，在不久的將來，快速射電暴的神秘麵紗將會(hui) 被徹底揭開。

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



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