快速射电爆发现象（FRBs）自从在 2007 年首次被发现以来，一直令天文学家困惑不解。这些只会持续数毫秒的射电波闪光来自遥远的星系，在一次爆发中释放的能量甚至超过太阳一整天的总辐射量。一些快速射电爆发只出现一次，之后便不再重现。另外一些快速射电爆发则会重复发生，为探究其起源提供了珍贵的研究机会。人们一直以来的问题是：什么种类的天体能够释放出这些特殊的讯号？
来自35个机构的38位研究人员（包括香港大学天体物理学讲座教授张冰）组成的国际团队，借助人称 “中国天眼”、位于中国境内、全世界最大、最灵敏的五百米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope，FAST），对一个快速射电爆发源头进行了近两年的观测，现已找到了一项关键线索，并将结果发表于2026年1月《科学》（Science）期刊，论文以张冰教授作为通讯作者之一。文中，研究团队称找到了一项确切的线索：该快速射电爆发存在于一个双星系统之中，其来源很有可能是一颗具有极强磁场的中子星，与伴星共同运行在轨道之上。其证据是该次爆发的磁场环境出现突然的剧烈变化，研究团队将这一现象称为“旋转量耀发”。
解读磁场指纹
射电波与人们肉眼见到的可见光一样，都是具有电场与磁场振荡特征的电磁波。在垂直于观测视线的平面上，电场的方向决定了电磁波的偏振方向。大多数天体（例如恒星）所发出的光，其振荡方向是随机的，因此净偏振接近零；相反，FRBs已知能够发出高度偏振的射电波，有时偏振甚至接近百分之百。偏振射电波在太空中传播时，会携带其穿越过的环境的讯息。特别是当这些射电波通过充满带电粒子的磁化区域（电浆）时，其振动方向会被扭曲。扭曲的程度视乎射电波波长而定，这种效应称为“法拉第旋转”。
天文学家使用旋转量（Rotation Measure，RM）来计量偏振方向的扭曲程度。可以将旋转量想象为一种磁场指纹：如果旋转量的数值偏高，显示射电波已穿越高密度而且高度磁化的电浆；相反，如果旋转量偏低，则显示射电波经过的路径较清晰。通过监测旋转量随着时间的变化，天文学家便可以有效地“看到” FRB源周围环境的演变，即使其位置距离我们数十亿光年以外。
突然飙升与逐步回落
团队关注的快速射电爆发源头FRB 20220529最先在2022年5月被位于加拿大的射电望远镜CHIME侦测到其重复爆发，因此是“中国天眼快速射电爆发优先重大科学计划”的理想观测对象（该计划由张冰教授与中国天眼首席科学家朱炜玮博士共同主持）。在南京紫金山天文台的李晔博士和吴雪峰博士带领下，团队开始对该FRB源进行了长期监测。在最初的17个月里，该FRB源一直处于安静状态。其旋转量只在每平方米弧度-300与+300之间小幅波动，平均值接近零。该FRB源初时虽然活跃，但无显著动静，直至2023年12月情况才有所不同。
2023年12月14日，团队观测到该FRB源的一次爆发，其旋转量接近+2000 rad/m²，较先前跃升超过二十倍。情况就好像一团密集的磁化云团突然飘进观测的视线方向。但随后发生的事情有着更大的意义。在之后的两个星期，该FRB源的旋转量稳定地下降，并在12月28日回复至其正常水平。在这段时间，爆发的偏振度也降低了，从平常的80%线性偏振降至只有27%，之后才随着旋转量一同回复至原来水平。
这个被团队称为“旋转量耀发”（RM flare）的瞬态事件，揭示了一个深刻的讯息：有一团磁化的电浆曾经短暂掠过此FRB源的观测视线。真正的问题，在于它的起源。
两种可能性之中只有一个是答案
研究团队考虑了两个主要的可能性。第一种可能性是该FRB源本身。根据主流理论，快速射电爆发乃源自磁星。所谓磁星，是在大质量恒星爆炸之后残留下来、一种具有极强磁场的中子星。有没有可能磁星是在一次大型耀发期间抛射出这团电浆？有这种可能，但当中存在一些不一致之处。这种情况所需要的能量要比在银河系内曾经观测到的任何磁星耀发大上数千倍。更重要的是，在银河系内唯一已知能产生FRB的磁星上，我们未曾从其产生的爆发中观测过如此大的旋转量变化。最后，这个模型亦无法合理解释旋转量的变化。
相比之下，第二种可能性更为令人信服。试想像，如果这颗磁星旁边有一颗伴星，也就是有一颗在近旁环绕的恒星的话，情况又会如何？恒星（例如是太阳）会持续透过恒星风抛射物质，并偶尔会爆发日冕物质抛射（coronal mass ejections，CMEs）。这种壮观的现象一旦冲击地球，足以扰乱卫星运作。如果伴星的CME恰好穿越我们的视线，它就会产生我们所观测到的那种瞬时旋转量讯号。
相关的数据完美地契合。在FRB 2022029旋转量回复一般水平的两个星期期间，研究团队推算出电浆团块的大小以及电浆的密度，而它们与双星系统和恒星CME的已知观测结果完全吻合。
这项发现的重要意义
这项发现首次提供了切实证据，证明至少有一些重复型快速射电爆发存在于双星系统之中。这项发现也改变了我们对于这些神秘的天文现象的理解，显示FRBs虽然源自已死的恒星（磁星），但仍能与活跃的伴星展开生动的互动。
此外，这项发现也为研究跨越宇宙距离的恒星物理学开启一扇新的窗口。研究团队侦测到的CME乃来自一颗距离地球25亿光年的恒星。该恒星无法直接被看见，因为它实在过于暗弱，但人们却能通过它在FRB讯号上刻划的印记来研究其爆发。
最后，这项发现验证了一项理论研究的观点，就是双星的交互作用或许能解释为什么有些FRB会重复出现，而另一些则不会。伴星可提供合适的环境，使得重复爆发能够发生，这正是张冰教授等研究人员较早前提出的观点。
展望未来
研究团队的计算结果显示，这类旋转量耀发可能并非罕见。随着进行持续的监测，我们预期将能捕捉到更多的类此事件，并且不单来自FRB 20220529，也会来自其他重复型FRB源。每一次探测都将为这个谜题增添新的拼图。
中国天眼凭着其超卓的灵敏度，成为开展此类研究的最佳设备。这项发现充分彰显了持续而耐心的观测所发挥的力量。宇宙不仅仅通过瞬间的闪光来揭示其秘密，人们也可以通过长时间细致地追踪其变化，来揭开宇宙间的秘密。这项发现得以实现，应归功于中国天眼的独特性能、其专门的快速射电爆发优先重大科学计划，以及国际天文学者团队不懈的努力。这项发现是我们在理解这些至为神秘的宇宙射电讯号之起源的旅程上迈出的重要一步，揭示了一个动态且相互关连的宇宙，当中已死的恒星与它们的活跃伴星能够一起在宇宙里绽放壮丽的烟火。
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.（重复型快速射电爆发的磁场环境之突变与恢复）Science 391, 280-284 (2026). DOI:10.1126/science.adq3225
作者
香港大学物理系天体物理学讲座教授张冰
2026年3月