近日，中國科學院國家天文臺研究員、北京大學技術物理系1990級本科校友李菂領導的國際團隊通過中國天眼FAST的“多科學目標同時巡天（CRAFTS）”優(yōu)先重大項目，發(fā)現(xiàn)了迄今為止唯一一例持續(xù)活躍的重復快速射電FRB 20190520B。
圖片來源：中國科學院國家天文臺
之后該團隊通過組織多臺國際設備天地協(xié)同觀測，綜合射電干涉陣列、光學、紅外望遠鏡以及空間高能天文臺的數(shù)據(jù)，將FRB 20190520B定位于一個距離我們30億光年的貧金屬的矮星系，確認近源區(qū)域擁有目前已知的最大電子密度，并發(fā)現(xiàn)了迄今第二個FRB持續(xù)射電源對應體（Persistent Radio Source , PRS）。
上述發(fā)現(xiàn)揭示了活躍重復暴周邊的復雜環(huán)境有類似超亮超新星爆炸的特征，挑戰(zhàn)了對 FRB 色散分析的傳統(tǒng)觀點，為構建快速射電暴的演化模型、理解這一劇烈的宇宙神秘現(xiàn)象打下了基礎。該成果于北京時間2022年6月9日在國際學術期刊《自然》雜志發(fā)表。
此前，李菂和國家天文臺青年學者牛晨輝通過中國科學院官方科普平臺“科學大院”講述了他們追尋FBR的故事。
“每次有機會仰望星空，思維總能變得深邃起來。‘我們從哪里來，到哪里去？’‘宇宙有沒有盡頭？’‘會不會有外星人同時也在遠處這么看著我？’……也正是由于人們對神秘未知宇宙的好奇，才有了天文學這一門學科。作為天文研究者的我們，正在追尋著宇宙中一種神秘的信號——FRB。”
——李菂
快速+射電+暴=FRB
快速射電暴（Fast Radio Burst，F(xiàn)RB）是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，在1毫秒的時間內(nèi)釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。FRB的研究歷程并不長，2007年首次確定了它的存在，2016年探測到第一例重復爆發(fā)的FRB，打破了人們對FRB的傳統(tǒng)認知，目前該領域已成為天文學最新研究熱點之一。全球已公布了近五百例FRB，僅不到10例有活躍爆發(fā)（即在其窗口期內(nèi)頻繁爆發(fā)）。此前并未發(fā)現(xiàn)存在持續(xù)活躍的重復快速射電暴。
2007年公布的洛里默暴（Lorimer burst）動態(tài)譜
在“浪漫”的日子里發(fā)現(xiàn)了“勤奮”的它
作為目前世界上最大的單口徑望遠鏡，中國天眼FAST也在幾年前開展了快速射電暴的搜尋工作。FAST多科學目標同時巡天（CRAFTS）項目是李菂負責的FAST重大優(yōu)先項目，快速射電暴的搜尋工作是該項目中的一個重要方向。
2019年5月20日，李菂團隊在處理觀測數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)FAST探測到了一例活躍的重復快速射電暴。依據(jù)慣例，團隊用探測日期來命名快速射電暴，稱為 FRB 20190520B。在今天看起來，“190520”也許就象征了李菂團隊和這個FRB的“浪漫”相遇。
在最初被探測到時，F(xiàn)RB 20190520B就表現(xiàn)出活躍的跡象。其他重復快速射電暴只有在爆發(fā)窗口期才能探測到信號，而在FAST的后續(xù)跟蹤觀測中，每次都能收到FRB 20190520B發(fā)來的“射電情書”，有時候是十幾封，有時候只有幾封，但從未間斷，可以說是“相當勤奮”了。它也是目前找到的唯一持續(xù)活躍的重復FRB。
通過國際合作 看到了更特殊的它
找到FRB 20190520B之后，李菂領導的國際團隊通過組織多臺國際設備天地協(xié)同觀測，綜合射電干涉陣列、光學、紅外望遠鏡等數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了它更多的特殊之處。于李菂和團隊而言，“這個過程就像是我們想盡辦法，終于抓到了“神獸”的蛛絲馬跡。”
圖片來源：中國科學院國家天文臺
為了獲取更精確的位置從而找出其宿主星系，團隊申請了美國甚大陣列（Very Large Array, VLA）的觀測，實現(xiàn)了角秒級定位，并在快速射電暴成協(xié)的位置，發(fā)現(xiàn)了一顆致密的持續(xù)射電源的存在，這是繼首例重復暴FRB 20121102A后，第二例探測到伴隨有致密持續(xù)射電源的快速射電暴。
FAST與FAST首次探測到的FRB 20190520B四次爆發(fā)
有了角秒級定位，李菂和團隊通過搜尋存檔的光學望遠鏡數(shù)據(jù)，找到了FRB 20190520B的“家鄉(xiāng)地址”，并馬上組織了對宿主星系的光學后隨觀測。分析發(fā)現(xiàn)：FRB 20190520B的宿主星系是一個紅移 0.241 的矮星系，距離我們30億光年。
FAST望遠鏡與VLA望遠鏡合成圖，上圖為VLA陣列，下圖為FAST
此后，團隊再次根據(jù)測定的紅移信息，得出其宿主星系內(nèi)貢獻的色散值高達約 900 色散單位，證明FRB 20190520B是目前得到宿主星系貢獻色散值最大的快速射電暴，其近源位置具有非常高的電子密度。并進一步發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RB 20190520B遠遠偏離了色散與紅移關系，挑戰(zhàn)了經(jīng)典的色散分析方法。
從色散-紅移關系上清晰可見FRB 20190520B遠遠偏離了其他快速射電暴
本研究發(fā)現(xiàn)的初步結果公布后，引起了國際天文界的廣泛關注，這一重要發(fā)現(xiàn)已經(jīng)催生數(shù)篇創(chuàng)新模型文章，例如散射時標模型、超新星爆炸解釋等。
綜合FAST的近期觀測數(shù)據(jù)，F(xiàn)RB 20121102A和FRB 20190520B很可能處在快速射電暴初生階段。FAST的持續(xù)觀測，特別是執(zhí)行“快速射電暴巡天”優(yōu)先重大項目，有望建立全新的FRB演化圖景。
快速射電暴領域創(chuàng)始人鄧肯·洛里默評價李菂團隊的此次發(fā)現(xiàn)：“基于FRB 20190520B這些特征及其持續(xù)射電源的存在，我認為快速射電暴可能有不同的分類。隨著快速射電暴樣本的持續(xù)增長，預計未來幾年內(nèi)，我們能夠撥開快速射電暴神秘的面紗。”
步天歌觀千垣萬宿，舉天眼探寰宇蒼穹。數(shù)代天文人一起用熱血接力奔跑，闖過世界難題的道道關卡，實現(xiàn)了前沿科學領域的重大原創(chuàng)突破，讓世界射電望遠鏡發(fā)展史的舞臺由中國發(fā)聲，身體力行地用國之重器點燃民族自豪感！
正如李菂在文章結語中所言：“FRB 20190520B的發(fā)現(xiàn)雖具有一定的偶然性，但更是我國持續(xù)增加的大科學裝置投入取得突破的必然，得益于以南仁東先生為代表的幾代天文人的努力。2020年，F(xiàn)AST啟動‘快速射電暴巡天’優(yōu)先重大項目，和另一個優(yōu)先重大項目‘多科學目標同時巡天’，為后續(xù)觀測提供了重要的時間支持。相比于其他快速射電暴，F(xiàn)RB 20190520B可以說是最勤奮的快速射電暴。它的‘勤奮’像極了我國科研人員勤勤懇懇、默默付出、敢于堅守冷板凳的奉獻精神。我們年輕一代的科研工作者出生在了一個偉大的時代，老一輩科學家們經(jīng)過幾十年呵護的小樹苗如今已經(jīng)長成了參天大樹。站在巨人的肩膀上，我們更加自信，也要將這種科學精神傳承下去。”
李菂（右一）和團隊成員在一起
百廿余年光景里
常為新的北大
亦星光熠熠
一代代北大人在科研的道路上
數(shù)十年如一日踽踽而行
勇于探索，默默耕耘
匯聚起蓬勃向上、生生不息的北大力量
畢業(yè)季即將來臨
希望浩瀚星河中
每一次北大力量的閃爍
都能帶給更多北大人
勇于探索、敢于擔當?shù)木衲芰?/p>
校友簡介：
李菂，男，1972年生，中國科學院國家天文臺研究員，中國科學院國家天文臺射電天文研究部首席科學家，星際介質(zhì)演化及恒星形成研究團組首席科學家，F(xiàn)AST首席科學家。
個人經(jīng)歷：
1995年6月畢業(yè)于北京大學技術物理系，獲理學學士學位。
2002年2月畢業(yè)于美國康奈爾大學天文系，獲理學博士學位。隨后分別在美國哈佛-史密松天體物理中心做天文學者、在美國宇航局噴氣推進實驗室/加州理工學院做研究員。
2008年起擔任國家大科學工程FAST項目科學家（兼職）。
2012年起，擔任中國科學院國家天文臺研究員、星際介質(zhì)演化及恒星形成研究團組首席科學家、射電天文研究部首席科學家。
2018年起，擔任中國科學院國家天文臺FAST首席科學家。
個人榮譽
2005年獲美國國家科學委員會學者獎（被獲獎信稱作“經(jīng)全國遴選具有杰出科研能力的博士后學者”）
2010年獲美國宇航局優(yōu)秀團隊獎（唯一中國籍科學家“對關鍵硬件的成功開發(fā)有杰出貢獻”）
2017年獲國家自然科學基金“杰出青年”項目資助
2017年度作為主要完成人之一獲中國科學院杰出成就獎
2022年李菂團隊研究成果“FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本”入選2021年度中國科學十大進展
