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FAST新成果：快速射电暴随机时空行为揭秘
近日，基于被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）的丰富数据，中国科学院国家天文台研究员李菂带领的科研团队提出一种全新分析构架“Pincus-Lyaponov相图”，得以量化爆发事件的随机性和混沌性，揭示了快速射电暴的时间-能量表现与地震和太阳耀斑等存在本质区别，这种差异挑战了快速射电暴的星震起源。
4月12日，这项研究成果在《科学通报》作为封面文章发表。
科研人员介绍，快速射电暴（Fast Radio Bursts，简称FRBs）是一种来自宇宙深处短暂而强烈的无线电波爆发，在千分之一秒的时间内能够释放巨大的能量，足够驱动人类社会万亿年。自2007年人们第一次发现快速射电暴以来，它就因其神秘和强大吸引了全世界科学家的注意，但迄今为止，科学家还不知道这些强大的能量是如何产生的，而解开这样的谜题可能会帮助我们在天文学甚至基础物理学上取得重大突破。
在最新发表的论文中，科研团队着眼于不可预测、看似混乱的能量释放过程，例如星震和地震。致密天体，特别是具有极端磁场的磁星，其“星震”被认为是快速射电暴的可能触发机制。由于地震发生的时间和能量不完全随机，而以往进行的周期搜索无法揭示时间和能量这两个基础物理参数间的关联。
科研人员介绍，像抛硬币这样的随机事件，其不可预测性稳定持续。我们无法根据当前抛出的正反面来预测下次，或者下下次的结果。相对应的，看起来混乱如随机过程的混沌系统不可预测性则随时间增长。例如气候，抬头看天就可以预言下一秒的天气。但是全人类最好的预报系统也难以精确预言几周、几月后的天气。时间越长，不准确性越高是混沌系统的特征。
基于全新的相图，科研团队发现快速射电暴在时间-能量二元空间上游走接近所谓的布朗运动，也就是表现出了高度的随机性。而同样不可预测的地震、太阳耀斑等却表现出远为显著的混沌性。他们认为，快速射电暴的高度随机性可能由多种机制或者多个发射位置组合形成。
快速射电暴在磁星表面产生的艺术想象图。圆锥形尖刺则代表快速射电暴的多次爆发。尖刺的大小不一，反映了爆发能量的差异。爆发之间通过绿色线段相连，形成了一条随机漫步的路径，这象征着快速射电暴爆发的随机性。科研团队供图
对于这项研究成果，快速射电暴领域理论专家、美国内华达大学教授张冰认为：“这一创新方法促使理论家深入思考爆发现象的物理机制，从而进一步应用于FAST的大数据集合将检验其揭示的物理规律的普适性。”
科研团队相信，中国天眼FAST的强大观测能力结合创新的分析方法，能够深入刻画宇宙间的神秘爆发信号，有望最终揭示其起源。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.02.010
