快速射電暴(FRB)是宇宙中最明亮的射電爆發現象，在1毫秒的時間內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的FRB，打破了人們對FRB的傳統認知，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(即在其窗口期內頻繁爆發)。此前并未發現存在持續活躍的重復快速射電暴。

近日，中國科學院國家天文臺李菂研究員領導的國際團隊，通過中國天眼FAST的“多科學目標同時巡天(CRAFTS)”優先重大項目，發現了迄今為止唯一一例持續活躍的重復快速射電暴 FRB 20190520B。之后該團隊通過組織多臺國際設備天地協同觀測，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據，將FRB20190520B定位于一個距離我們30億光年的貧金屬的矮星系，確認近源區域擁有目前已知的最大電子密度，并發現了迄今第二個FRB持續射電源對應體(Persistent Radio Source , PRS)。上述發現揭示了活躍重復暴周邊的復雜環境有類似超亮超新星爆炸的特征，挑戰了對 FRB 色散分析的傳統觀點，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》雜志發表。

論文第一作者、國家天文臺青年學者牛晨輝在系統處理FAST數據的過程中，發現2019年5月20日的數據存在重復的高色散脈沖。基于這一發現，團隊通過與美國甚大陣列望遠鏡合作，在2020年7月完成亞角秒量級的精確定位，并探測到了一顆與之對應的致密的持續射電源(PRS)。隨后通過美國帕洛瑪 200 英寸望遠鏡和凱克望遠鏡，加拿大-法國-夏威夷望遠鏡和日本斯巴魯近紅外光學望遠鏡確定了FRB20190520B的宿主星系和紅移，推導出其宿主星系貢獻了總色散值的80%，為目前已知所有快速射電暴源中最高。進一步結合散射特征，團隊提出宿主星系的色散主要來自鄰近FRB爆發源的區域，該區域高電子密度導致的高色散值也使得FRB 20190520B遠遠偏離經典的色散與紅移關系，如圖1所示。

此次FAST發現的FRB 20190520B與美國阿雷西博望遠鏡2016年發現的FRB 20121102A非常相似。FRB 20121102A是人類發現的第一個快速射電暴重復暴和第一個被定位的FRB，也是此前唯一被確認有致密射電源對應體的FRB。二者都極為活躍，都擁有復雜的電磁環境，而FRB 20190520B各方面的特征都更為極端：例如FRB 20121102A存在爆發活躍期，但是FRB 20190520B從未停止爆發，目前FAST已經探測到了后者幾百次爆發。本研究發現的初步結果公布后，引起了國際天文界的廣泛關注，這一重要發現已經催生數篇創新模型文章，例如散射時標模型、超新星爆炸解釋等。

綜合FAST的近期觀測數據，FRB20121102A和FRB 20190520B很可能處在快速射電暴初生階段。FAST的持續觀測，特別是執行“快速射電暴巡天”優先重大項目，有望建立全新的FRB演化圖景。

FRB領域創始人鄧肯·洛里默對此評價說：“基于FRB 20190520B這些特征及其持續射電源的存在，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增長，預計未來幾年內，我們能夠撥開快速射電暴神秘的面紗。”

FAST“多科學目標同時巡天(CRAFTS)”優先重大項目迄今已經發現至少6例新FRB，正在為揭示宇宙中這一神秘現象的機制、推進天文學這一全新領域的研究做出獨特的貢獻。

圖1.從色散-紅移關系上清晰可見FRB 20190520B擁有最大的宿主星系電子密度。圖中斜線為包含了宇宙主要重子物質成分的“Macquart Relation[5]”。

圖2. 夜空下的中國天眼FAST和美國甚大天文陣列望遠鏡(非實景圖)。