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慧眼卫星是我国首颗X射线天文卫星 ， 发射3年多来 ， 已经取得了一系列重要的研究成果 。 （中科院高能所/图）
宇宙中一些原因未知的极端现象会引发科学家乃至公众的极大兴趣 ， 这些现象经常还会同外星生命、外星文明联系在一起 。 探寻这些现象背后的物理机制、回答这些现象的起源之谜成为天体物理学家的重要工作之一 。
2021年2月19日 ， 由中国科学院高能物理研究所（高能所）领衔 ， 北京师范大学、美国内华达大学、清华大学等单位参与的研究成果发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy）上 。 这篇论文公布了慧眼卫星的最新观测成果：慧眼卫星发现首个同快速射电暴相关联的X射线暴 ， 确认其来自银河系内的磁星SGR J1935+2154 ， 并在国际上首先证认该X射线暴包含的两个X射线脉冲是快速射电暴的高能对应体 。 这一发现证明快速射电暴可以起源于磁星爆发 ， 破解了快速射电暴的起源之谜 ， 并为理解快速射电暴的辐射机制和磁星的爆发机制提供了至关重要的数据 。 高能所相关研究人员在同日召开的“慧眼天文卫星证认快速射电暴来自于磁星”新闻发布会上对该项研究进行了介绍 。
慧眼卫星全称是慧眼硬X射线调制望远镜（Insight-HXMT） ， 是我国首颗X射线天文卫星 。 1993年 ， 中科院院士李惕碚等人提出了慧眼卫星的项目建议书 。 2011年3月 ， 国防科工局正式批复慧眼立项 ， 同时慧眼也被列入中国科学院空间科学先导专项 。 2017年6月15日 ， 慧眼卫星发射升空 。 发射3年多来 ， 慧眼卫星已经取得了一系列重要的研究成果 。
快速射电暴（Fast Radio Burst ， FRB）是一种持续时间短但能量极高的射电脉冲 ， 科学家此前猜测这种现象是起源于银河系外遥远宇宙深处的一种未知的高能天体物理过程 。 2007年 ， 美国西弗吉尼亚大学的天文学家邓肯·洛里默（Duncan Lorimer）等人首次在搜寻脉冲星的过程中发现了快速射电暴 。 此后 ， 这类奇异的现象引起了天文学家的关注 ， 试图解释这一现象的理论也层出不穷 ， 包括来自超新星爆发、中子星或者黑洞的合并等 。
2007年以来 ， 天文学家一直在对快速射电暴进行观测和分析 。 但与指向某些特定天体的观测不同 ， 快速射电暴突然出现又突然消失 ， 天文学家无法提前做好准备 ， 因此观测难度极大 ， 而且十几年来都无法确定快速射电暴的来源 。 2020年4月28日 ， 加拿大CHIME实验和美国STARE2实验同时观测到一次亮度极高的快速射电暴 ， 这次快速射电暴被命名为FRB 200428 ， 其方向与银河系内的磁星SGR J1935+2154方向大概一致 ， 而且根据恒星际介质对不同频率射电信号之间的时间延迟推算 ， 快速射电暴源距离地球大约3万光年 ， 也跟SGR J1935+2154大致相符 。 因此 ， 科研人员推断FRB 200428很可能起源于银河系内的这颗磁星 ， 但还需要其他观测证据的支持 。
磁星是表面磁场强度为地球磁场强度百万亿倍以上的中子星 ， 在活跃期间会出现剧烈的X射线爆发 。 高能所研究员、慧眼卫星首席科学家张双南在发布会上介绍 ， 2020年4月中旬 ， SGR J1935+2154进入了一个新的活跃期 ， 开始出现频繁的X射线爆发 ， 因此慧眼团队调整了卫星的观测计划 ， 从4月28日15:14:52到4月29日19:53:01对该磁星进行了公开长机会目标观测 。 在FRB 200428之前约8.6秒 ， 慧眼卫星探测到了来自这颗磁星方向的一个极亮的X射线爆发 。 这个时间差别正好与恒星际物质对射电信号的延迟相当 ， 说明X射线暴和快速射电暴起源于同一次爆发 。 此外 ， 慧眼卫星基于独特的准直器设计 ， 对X射线暴进行了高精度定位 ， 从而证明了该X射线暴和快速射电暴都来自这颗磁星 。
这是人类首次确认快速射电暴的起源天体 ， 也是首个起源于银河系内的快速射电暴 。 FRB200428的发现对于理解快速射电暴的物理本质 ， 是一个重要的里程碑 。 关于FRB200428的相关研究成果 ， 被英国《自然》杂志评为2020年十大科学发现之一 ， 也被美国《科学》杂志列入2020年十大科学突破 。
2020年5月10日 ， 经过紧锣密鼓的数据分析 ， 慧眼团队正式提交了这次发布的论文 。 在正式发表论文前 ， 慧眼团队已经将论文在预印本网站arXiv上发布 ， 并产生了广泛的影响 。 慧眼卫星在完成最初的目标观测后 ， 又对该磁星进行了为期一个月的观测 ， 其间探测到一百多次X射线暴 ， 为此后的研究积累了宝贵的数据 。
在一些科幻作品中 ， 外星生命会通过发射射电信号与人类沟通 ， 因此快速射电暴的发现也曾经引发了与外星生命有关的联想 。 人类长久以来都在畅想外星生命 ， 并进行过搜寻外星生命的努力 ， 但随着慧眼卫星等探测器和射电望远镜对磁星SGR J1935+2154的观测 ， 科学家已经证认了快速射电暴的来源 ， 磁星极端的物理环境没有为生命的存在留下任何空间 。
慧眼卫星是中科院空间科学战略性先导科技专项首批立项的4颗科学卫星之一 ， 我国的空间科学卫星由此正式起步 。 目前 ， 由高能所牵头的国际团队已经提出慧眼继任者的方案 ， 这个下一代的科学卫星被命名为增强型X射线时变与偏振空间天文台（eXTP） 。 早在2007年慧眼卫星还未正式立项之时 ， 高能所的科研团队就已经提出了eXTP的设想 ， 体现出大型空间科学项目的前瞻性 。
eXTP目前计划在2027年左右发射升空 ， 在中子星、黑洞等天体的研究方面 ， 它的综合性能相比国际同类卫星会有一个数量级以上的提升 ， 将使中国的空间高能天文研究达到国际领先水平 。 银河系外的快速射电暴距离我们更远 ， 相应的信号非常微弱 。 eXTP将成为探测它们的一件利器 ， 帮助我们真正理解快速射电暴的物理机制 ， 进而加深对宇宙极端高能现象的理解 。
【慧眼卫星|“慧眼”的慧眼】南方周末特约撰稿 鞠强
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