Review

To understand the radiative processes of pulsars and fast radio bursts with the FAST

王維揚(yáng), 曹順順, 黃志鵬, 盧吉光, 門(mén)云鵬, 孟令祺, 牛佳瑞, 潘之辰, 王鵬飛, 周德江, 馮毅, 韓金林, 姜金辰, 劉彬, 羅睿, 王洪光, 王雙強(qiáng), 王濤, 王正理, 胥恒, 徐江偉, 徐仁新 , 徐永華, 顏一, 閆振, 周宇凱, Siyuan Chen, 戴印豐, 葛明玉, 姜澤軍, 李柯伽, 連禹杰, 劉闊, 錢(qián)磊, 仝號(hào), 王琳, 王宇杰, 徐子浩, 姚菊枚, 尹德江, 張力, 朱煒瑋

Chin. Phys. Lett.43051103 (2026)

論文概要

HIGHLIGHT

1）發(fā)現(xiàn)射電脈沖星逾半世紀(jì)、快速射電暴（FRB）近廿年，但相關(guān)的射電相干輻射物理至今未明。為澄清此疑難之謎，除了理論及數(shù)值模擬的努力，更期待超高靈敏望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)研究；這為全球最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡FAST（位于貴州的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡）的建設(shè)與運(yùn)行提供機(jī)會(huì)。在建成十周年之際，本文評(píng)述了FAST在脈沖星和FRB研究領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展。

2）總結(jié)了FAST在觀測(cè)脈沖星和FRB方面取得的系列成果，特別是高精度偏振觀測(cè)為FRB磁層起源提供的關(guān)鍵觀測(cè)證據(jù)。

研究背景

脈沖星自發(fā)現(xiàn)近60年來(lái)，其射電相干輻射機(jī)制一直是待揭之謎。FRB的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步凸顯了這一問(wèn)題的普遍性和緊迫性。傳統(tǒng)上，對(duì)脈沖星輻射機(jī)制的理解受限于觀測(cè)靈敏度，難以探測(cè)到微弱輻射成分和精細(xì)偏振結(jié)構(gòu)；而FRB的起源與輻射機(jī)制也存在磁層模型與激波模型的激烈爭(zhēng)論。鑒于全球最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡FAST的建成與運(yùn)行，我們非常幸運(yùn)地迎來(lái)了通過(guò)極高靈敏度的觀測(cè)來(lái)破解這些疑難問(wèn)題的時(shí)代機(jī)遇。

內(nèi)容簡(jiǎn)介

來(lái)自中國(guó)科學(xué)院和高等學(xué)校的42位科研人員系統(tǒng)地展示了FAST在脈沖星和FRB研究領(lǐng)域所取得的如下重要研究進(jìn)展。

1）脈沖星發(fā)現(xiàn)與種群研究：FAST“銀道面脈沖星快照巡天”（GPPS）項(xiàng)目已發(fā)現(xiàn)超過(guò)八百顆脈沖星（包括約二百顆毫秒脈沖星），其中不少為極暗弱、高色散量的源，展現(xiàn)了脈沖星光度函數(shù)的低端行為。此外，研究人員還將FAST天區(qū)內(nèi)的球狀星團(tuán)脈沖星數(shù)量增加至原來(lái)的三倍。

2）輻射幾何與偏振特征：基于FAST獲得的高靈敏度數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)得到近七百顆脈沖星的偏振平均脈沖輪廓；發(fā)現(xiàn)PSR B0950+08和PSR B1929+10等正常脈沖星以及一些毫秒脈沖星在全相位360°均有輻射，意味著傳統(tǒng)的“燈塔”模型有待修正。同時(shí)，毫秒脈沖星與正常脈沖星在偏振特性上無(wú)顯著差異，表明兩者輻射機(jī)制類似。

3）矮脈沖與輻射間歇性：在傳統(tǒng)認(rèn)為處于“熄滅”態(tài)的脈沖星中，F(xiàn)AST探測(cè)到大量極窄、極弱的矮脈沖。這些脈沖僅由少數(shù)幾個(gè)基本輻射單元構(gòu)成，表明“熄滅”脈沖星并非完全停止輻射，其磁層中還存在極弱且稀疏的粒子流。

4）磁星與FRB關(guān)聯(lián)：FAST對(duì)磁星SGR J1935+2154的監(jiān)測(cè)表明，在近三十次高能暴發(fā)期間均未發(fā)現(xiàn)射電暴，為FRB的物理起源設(shè)定了極為苛刻的條件。對(duì)重復(fù)暴FRB 20180301A和FRB 20201124A等的偏振觀測(cè)展現(xiàn)偏振位置角變化的多樣性（包括單調(diào)旋轉(zhuǎn)和正交跳變）以及高達(dá)90%的圓偏振；這些特征強(qiáng)烈支持FRB的磁層內(nèi)部起源。

5）廣義相對(duì)論的精確檢驗(yàn)：通過(guò)對(duì)最緊密雙中子星PSR J1946+2052長(zhǎng)達(dá)5年的FAST計(jì)時(shí)觀測(cè)，聯(lián)合Arecibo和GBT數(shù)據(jù)，精確測(cè)得了五項(xiàng)后開(kāi)普勒參數(shù)。這些參數(shù)在質(zhì)量-質(zhì)量圖中的交點(diǎn)高度一致，精確檢驗(yàn)了廣義相對(duì)論，其中軌道衰減的測(cè)量精度僅次于赫爾斯-泰勒脈沖星，與理論匹配度達(dá)到千分之一精度。

總結(jié)與展望

FAST以其前所未有的極高靈敏度，正在根本性地改變?nèi)藗冴P(guān)于脈沖星相干輻射和FRB物理起源的認(rèn)識(shí)。從發(fā)現(xiàn)全相位輻射脈沖星、揭示矮脈沖現(xiàn)象到為FRB磁層起源提供的關(guān)鍵偏振證據(jù)，F(xiàn)AST的觀測(cè)成果架起了脈沖星與FRB之間的橋梁。未來(lái)，隨著FAST二期工程（“1+64”陣列）的推進(jìn)以及景東120米脈沖星望遠(yuǎn)鏡（JRT）、奇臺(tái)110米射電望遠(yuǎn)鏡（QTT）等新設(shè)施的建成，人類有望最終在極致密物質(zhì)的狀態(tài)、相干輻射機(jī)制和強(qiáng)磁場(chǎng)等離子體物理等基本問(wèn)題上取得重大突破。

本綜述由FAST相關(guān)的科研團(tuán)隊(duì)共同完成，遍及中國(guó)科學(xué)院和高等學(xué)校等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，所涉及觀測(cè)數(shù)據(jù)覆蓋GPPS、CRAFTS、GC FANS等FAST核心科學(xué)項(xiàng)目。本文結(jié)合了各團(tuán)隊(duì)在各自研究領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，注重觀測(cè)與理論的有機(jī)結(jié)合。

第一作者

王維揚(yáng)，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)特別研究助理，主要從事脈沖星和FRB等致密星相關(guān)輻射過(guò)程的研究。

通訊作者

韓金林：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員，領(lǐng)導(dǎo)FAST核心科學(xué)研究項(xiàng)目之一“銀道面脈沖星快照巡天（GPPS）”。

徐仁新：北京大學(xué)物理學(xué)院教授，關(guān)注極致密物質(zhì)的天體物理及宇宙學(xué)后果。

撰稿: 原文作者

編輯: 《中國(guó)物理快報(bào)(英文)》編輯部

文章轉(zhuǎn)載自“ChinesePhysicsLetters”公眾號(hào)