快速射電爆發現象（FRBs）自從在 2007 年首次被發現以來，一直令天文學家困惑不解。這些只會持續數毫秒的射電波閃光來自遙遠的星系，在一次爆發中釋放的能量甚至超過太陽一整天的總輻射量。一些快速射電爆發只出現一次，之後便不再重現。另外一些快速射電爆發則會重複發生，為探究其起源提供了珍貴的研究機會。人們一直以來的問題是：什麽種類的天體能夠釋放出這些特殊的訊號？
來自35個機構的38位研究人員（包括香港大學天體物理學講座教授張冰）組成的國際團隊，借助人稱「中國天眼」、位於中國境内、全世界最大、最靈敏的五百米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope，FAST），對一個快速射電爆發源頭進行了近兩年的觀測，現已找到了一項關鍵線索，並將結果發表於2026年1月《科學》（Science）期刊，論文以張冰教授作為通訊作者之一。文中，研究團隊稱找到了一項確切的線索：該快速射電爆發存在於一個雙星系統之中，其來源很有可能是一顆具有極強磁場的中子星，與伴星共同運行於軌道之上。其證據是該次爆發的磁場環境出現突然的劇烈變化，研究團隊將這一現象稱為「旋轉量耀發」。
解讀磁場指紋
射電波與人們肉眼見到的可見光一樣，都是具有電場與磁場振盪特徵的電磁波。在垂直於觀測視線的平面上，電場的方向決定了電磁波的偏振方向。大多數天體（例如恆星）所發出的光，其振盪方向是隨機的，因此淨偏振接近零；相反，FRBs已知能夠發出高度偏振的射電波，有時偏振甚至接近百分之百。偏振射電波在太空中傳播時，會携帶其穿越過的環境的訊息。特別是當這些射電波通過充滿帶電粒子的磁化區域（電漿）時，其振動方向會被扭曲。扭曲的程度視乎射電波波長而定，這種效應稱為「法拉第旋轉」。
天文學家使用旋轉量（Rotation Measure，RM）來計量偏振方向的扭曲程度。可以將旋轉量想像為一種磁場指紋：如果旋轉量的數值偏高，顯示射電波已穿越高密度而且高度磁化的電漿；相反，如果旋轉量偏低，則顯示射電波經過的路徑較清晰。藉著監測旋轉量隨著時間的變化，天文學家便可以有效地「看到」FRB源周圍環境的演變，即使其位置距離我們數十億光年以外。
突然飆升與逐步回落
團隊關注的快速射電爆發源頭FRB 20220529最先於2022年5月被位於加拿大的射電望遠鏡CHIME偵測到其重複爆發，因此是「中國天眼快速射電爆發優先重大科學計劃」的理想觀測對象（該計劃由張冰教授與中國天眼首席科學家朱煒瑋博士共同主持）在南京紫金山天文台的李曄博士和吳雪峰博士帶領下，團隊開始對該FRB源進行了長期監測。於最初的17個月裏，該FRB源一直處於安靜狀態。其旋轉量只在每平方米弧度-300與+300之間小幅波動，平均值接近零。該FRB源初時雖然活躍，但並無顯著動靜，直至2023年12月情況才有所不同。
2023年12月14日，團隊觀測到該FRB源的一次爆發，其旋轉量接近+2000 rad/m²，較先前躍升超過二十倍。情況就好像一團密集的磁化雲團突然飄進觀測的視線方向。但隨後發生的事情有著更大的意義。在之後的兩個星期，該FRB源的旋轉量穩定地下降，並於12月28日回復至其正常水平。在這段時間，爆發的偏振度也降低了，從平常的80%線性偏振降至只有27%，之後才隨著旋轉量一同回復至原來水平。
這個被團隊稱為「旋轉量耀發」（RM flare）的瞬態事件，揭示了一個深刻的訊息：有一團磁化的電漿曾經短暫掠過此FRB源的觀測視線。真正的問題，在於其起源。
兩種可能性之中只有一個是答案
研究團隊考慮了兩個主要的可能性。第一種可能性是該FRB源本身。根據主流理論，快速射電爆發乃源自磁星。所謂磁星，是在大質量恆星爆炸之後殘留下來、一種具有極強磁場的中子星。有沒有可能磁星是在一次大型耀發期間拋射出這團電漿？有這種可能，但當中存在一些不一致之處。這種情況所需要的能量要比在銀河系內曾經觀測到的任何磁星耀發大上數千倍。更重要的是，在銀河系內唯一已知能產生FRB的磁星上，我們未曾從其產生的爆發中觀測過如此大的旋轉量變化。最後，這個模型亦無法合理解釋旋轉量的變化。
相比之下，第二種可能性更為令人信服。試想像，如果這顆磁星旁邊有一顆伴星，也就是有一顆在近旁環繞的恆星的話，情況又會如何？恆星（例如是太陽）會持續透過恆星風拋射物質，並偶爾會爆發日冕物質拋射（coronal mass ejections，CMEs）。這種壯觀的現象一旦衝擊地球，足以擾亂衛星運作。如果伴星的CME恰好穿越我們的視線，它就會產生我們所觀測到的那種瞬時旋轉量訊號。
相關的數據完美地契合。在FRB 2022029旋轉量回復一般水平的兩個星期期間，研究團隊推算出電漿團塊的大小以及電漿的密度，而它們與雙星系統和恆星CME的已知觀測結果完全吻合。
這項發現的重要意義
這項發現首次提供了切實證據，證明至少有一些重複型快速射電爆發存在於雙星系統之中。這項發現也改變了我們對於這些神秘的天文現象的理解，顯示FRBs雖然源自已死的恆星（磁星），但仍能與活躍的伴星展開生動的互動。
此外，這項發現也為研究跨越宇宙距離的恆星物理學開啟一扇新的窗口。研究團隊偵測到的CME乃來自一顆距離地球25億光年的恆星。該恆星無法直接被看見，因為它實在過於暗弱，但人們卻能通過它在FRB訊號上刻劃的印記來研究其爆發。
最後，這項發現驗證了一項理論研究的觀點，就是雙星的交互作用或許能解釋為什麽有些FRB會重複出現，而另一些則不會。伴星可提供合適的環境，使得重複爆發能夠發生，這正是張冰教授等研究人員較早前提出的觀點。
展望未來
研究團隊的計算結果顯示，這類旋轉量耀發可能並非罕見。隨著進行持續的監測，我們預期將能捕捉到更多的類此事件，並且不單來自FRB 20220529，也會來自其他重複型FRB源。每一次探測都將為這個謎題增添新的拼圖。
中國天眼憑著其超卓的靈敏度，成為開展此類研究的最佳設備。這項發現充分彰顯了持續而耐心的觀測所發揮的力量。宇宙不僅僅通過瞬間的閃光來揭示其秘密，人們也可以透過長時間細緻地追蹤其變化，來揭開宇宙間的秘密。這項發現得以實現，應歸功於中國天眼的獨特性能、其專門的快速射電爆發優先重大科學計畫，以及國際天文學者團隊不懈的努力。這項發現是我們在理解這些至為神秘的宇宙射電訊號之起源的旅程上邁出的重要一步，揭示了一個動態且相互關連的宇宙，當中已死的恆星與它們的活躍伴星能夠一起在宇宙裏綻放壯麗的煙火。
原文
Y. Li, S. B. Zhang, Y. P. Yang … B. Zhang, A sudden change and recovery in the magnetic environment around a repeating fast radio burst.（重複型快速射電爆發的磁場環境之突變與恢復）Science 391, 280-284 (2026). DOI:10.1126/science.adq3225
作者
香港大學物理系天體物理學講座教授張冰
2026年3月