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由香港大學（港大）物理學系研究人員參與的國際天文團隊，首次取得決定性證據，證實至少部分快速射電爆發（Fast Radio Bursts, FRBs），即來自遙遠星系、短暫但極為強烈的射電閃光——源自雙星系統。這代表 FRB 的來源並非如以往所假設的孤立星體，而是屬於由兩顆互相繞行星體組成的雙星系統的一部分。

研究團隊運用位於貴州、被譽為「中國天眼」的五百米口徑球面射電望遠鏡（FAST），偵測到一項具關鍵意義的特殊訊號，顯示產生 FRB 的天體身邊，還有另一顆恆星與之共同繞行。這項突破性成果已經在著名學術期刊《科學（Science）》上發表。研究透過對一個活躍的重複型 FRB進行長達近20個月的持續監測，而該 FRB 位於距離地球約 25 億光年之外的星系。

快速射電爆發之謎

FRB 所發出的射電波（以射電望遠鏡接收的無線電訊號），其偏振特性的變化可用來揭示 FRB 來源周圍的環境。研究團隊觀測到一種罕見現象，稱為「RM 耀發」（RM flare）——即射電訊號的偏振（Polarisation）特性出現突發性劇變。這種變化很可能是由附近伴星噴發的日冕物質拋射（Coronal Mass Ejection, CME）所引起，短暫影響了 FRB 源周圍的環境。

論文通訊作者之一、港大物理學系天體物理學講座教授兼香港天文與天體物理研究所所長張冰教授表示，這項發現為至少部分重複型FRB的起源提供了決定性的線索：「相關觀測結果亦強力支持 FRB 來自一個包含一顆磁星（有極強磁場的中子星）和另一個類太陽恆星組成的雙星系統。」

FRBs於 2007 年首次被發現，是來自銀河系以外深空的射電訊號，持續時間極短（毫秒級），但亮度極高，至今仍是現代天文學中的未解之謎。雖然大多數 FRB 僅被觀測到一次，但少數FRB源會重複爆發，為深入研究其物理機制提供了難得機會。

這些重複型 FRB 是 FAST 的理想觀測目標。自 2020 年起，FAST 設立了專門的 FRB 優先重大科學計畫，由張冰教授共同領導，持續監測這些FRB源，以研究其輻射特性及周圍環境。

FRB 220529A是其中一個活躍的重複型 FRB，並一直被五百米口徑球面射電望遠鏡（FAST）持續監測。張教授表示：「在初期觀測 FRB 220529A時，它看似相當平凡；但在17個月長期監測後，終於出現了令人振奮的變化。」

追蹤訊號穿越宇宙的過程

FRB 的一個顯著特徵，是其接近 100% 的線性偏振，顯示其發射區域具有高度有序的磁場結構，這與磁星起源的理論完全一致。當射電波在磁化電漿中傳播時，其偏振角會隨頻率旋轉，這種現象稱為法拉第旋轉（Faraday rotation），並以旋轉量（RM）作為量度。

過往研究顯示，重複型 FRB 的 RM 通常較大，且會隨時間變化。然而，這次觀測到的行為則前所未見。

紫金山天文台與中國科學技術大學的論文第一作者李曄博士表示：「在 2023 年底，我們偵測到 RM 在極短時間內增加了超過百倍。隨後， RM 在約兩週內迅速下降，回復至先前水平。我們將此現象稱為『RM 耀發』。」

如此劇烈且短暫的 RM 變化，與一團高度磁化、高密度電漿（magnetised plasma）短暫進入觀測視線的情況相符。

「最合理的解釋，是FRB源附近存在一顆伴星，並拋射出這團電漿。」張冰教授解釋說。

論文共同第一作者、雲南大學的楊元培教授補充道：「這與我們在太陽及銀河系其他恆星所觀測到的日冕物質拋射現象高度一致。模型計算顯示，所需的電漿性質完全符合恆星日冕物質拋射的特徵。」

儘管距離極為遙遠，該伴星無法被直接觀測，但透過 FAST 及澳洲 Parkes 射電望遠鏡的長期高精度觀測，其存在得以間接揭示。

紫金山天文台與中國科學技術大學的首席通訊作者吳雪峰教授表示：「這項發現應該歸功於利用世界上最好的望遠鏡進行持之以恆的觀測，以及我們團隊成員孜孜不倦的工作。」

這項發現支持張冰教授及其合作者提出的統一物理模型。該模型指出，所有 FRB 均源自磁星，而位於雙星系統中的磁星會因雙星相互作用而更容易產生多次重複爆發。

展望未來

研究團隊目前仍持續監測該 FRB 及其他重複型 FRB 來源。透過對重複型 FRB 進行長期系統性的觀測，未來有望進一步揭示這些神秘來源中，雙星系統出現的普遍程度。張冰教授總結說：「在過去五年中，FRB 不斷帶給我們新的驚喜，這正是這個研究領域的常態。我們期待迎接更多挑戰與突破，逐步揭開這些宇宙謎團的全貌。」

合作與支持

本研究由來自四個國家、35 個研究機構的 38 位科學家合作完成，主要研究機構包括香港大學、紫金山天文台、雲南大學，以及中國科學院國家天文台。

紫金山天文台的吳雪峰教授、國家天文台的姜鵬教授與朱煒瑋教授，以及香港大學的張冰教授共同擔任通訊作者。

研究獲得國家自然科學基金及多項國內外科研資助。觀測資料來自 FAST FRB 優先重大科學計畫（由朱煒瑋教授和張冰教授共同主持）、FAST 主任酌情時間計畫（由吳雪峰研究員和姜鵬研究員共同協調），以及 FAST 與 Parkes 望遠鏡的 PI 觀測計畫（由李燁博士和張松波博士主持）。

新聞稿內容以英文版本為準。

有關研究論文，可參看以下網址：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq3225

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