快速射电暴 (FRB) 是现代天体物理学最近尚未解开的谜团之一。在几毫秒内，这些强大的事件会释放出巨大的能量，是宇宙中可观测到的最高能量之一。

观测证实快速射电暴持续射电辐射源自等离子泡

FRB 是在十多年前才被发现的，大多数来自河外星系。然而，它们的起源仍不确定，世界各地的天体物理学界正在努力了解其背后的物理过程。

在极少数情况下，FRB 特有的快速闪光与持续发射同时发生，这种持续发射在无线电波段中也能观察到。意大利国家天体物理研究所 (INAF) 领导的一项新研究记录了迄今为止在 FRB 中检测到的最弱的持续无线电发射。

这项研究的对象是 FRB20201124A，这是 2020 年发现的快速射电暴，其源头距离我们约 13 亿光年。除了 INAF 研究人员外，意大利博洛尼亚大学、的里雅斯特大学和卡拉布里亚大学以及中国、美国、西班牙和德国的研究机构和大学的国际参与也参与了此次合作。

观测由世界上最灵敏的射电望远镜——美国的甚大天线阵 (VLA) 进行。这些数据使科学家能够验证理论预测，即等离子体泡是快速射电暴持续射电辐射的起源。研究结果今天发表在《自然》杂志上。

罗马 INAF 研究员、新论文的主要作者加布里埃莱·布鲁尼 (Gabriele Bruni) 解释道：“通过观察，我们能够证明观察到的持续发射以及一些快速射电爆发的行为符合星云发射模型的预期，即围绕中央发动机的电离气体‘气泡’。”

“特别是，通过对距离我们最近的一次爆发进行无线电观测，我们能够测量来自与 FRB 相同位置的微弱持续辐射，将迄今为止对这些物体探索的无线电通量范围扩大了两个数量级。”

这项研究还有助于缩小驱动这些神秘射电闪光的引擎性质。根据新数据，这种现象是基于磁星(强磁化中子星)或高吸积X射线双星，即由中子星或黑洞组成的双星系统，以极快的速度从伴星吸积物质。

FRB 20201124A 宿主星系图像。来源：《自然》(2024 年)。DOI：10.1038/s41586-024-07782-6

事实上，磁星或X射线双星产生的风能够“吹”等离子体气泡，从而产生持续的无线电辐射。因此，FRB的引擎与位于其附近的气泡之间存在直接的物理关系。

此次观测活动的动机来自 INAF 的 Luigi Piro 领导的另一项工作，他也是新论文的合著者。在他们早期的工作中，研究人员已经确定了该 FRB 宿主星系中的持续辐射，但他们尚未以足够精确的精度测量位置以将这两种现象联系起来。

“在这项新工作中，我们使用 VLA 进行了更高空间分辨率的活动，同时使用 NOEMA 干涉仪和加那利大望远镜 (GranTeCan) 在不同波段进行观测，这使我们能够重建星系的总体情况，并发现一个致密射电源——FRB 等离子泡——存在于恒星形成区域，”Piro 补充道。

“与此同时，星云的理论模型也已发表，这使我们能够测试其有效性，并最终确认模型本身。”

大部分工作都集中在排除持续射电辐射来自恒星形成区域，因此与 FRB 源没有物理联系。为此，NOEMA 在毫米波段的观测测量了尘埃量，这是“被遮蔽的”恒星形成区域的示踪物，而GranTeCan 光学观测测量了电离氢的辐射，这也是恒星形成率的示踪物。

“光学观测是研究 FRB 区域的一个重要因素，其空间分辨率与射电观测相似，”博洛尼亚 INAF 的合著者 Eliana Palazzi 指出。“如此详细地绘制氢发射图使我们能够推导出当地的恒星形成率，我们发现该率太低，不足以证明持续的射电发射是合理的。”

大多数 FRB 不会表现出持续辐射。到目前为止，这种类型的辐射仅与两个 FRB 有关——然而，这两个 FRB 的亮度都很低，无法验证所提出的模型。

相反，FRB20201124A 距离较远，但距离并不太远，因此尽管亮度较低，我们仍可以测量其持续发射。了解持续发射的性质，研究人员可以进一步了解这些神秘宇宙源的性质。