FAST開啟脈沖星與快速射電暴研究新紀元 | 前沿綜述

Review

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

王維揚, 曹順順, 黃志鵬, 盧吉光, 門云鵬, 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, 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, 錢磊, 仝號, 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）發現射電脈沖星逾半世紀、快速射電暴（FRB）近廿年，但相關的射電相干輻射物理至今未明。為澄清此疑難之謎，除了理論及數值模擬的努力，更期待超高靈敏望遠鏡的觀測研究；這為全球最大的單口徑望遠鏡FAST（位于貴州的500米口徑球面射電望遠鏡）的建設與運行提供機會。在建成十周年之際，本文評述了FAST在脈沖星和FRB研究領域取得的重要進展。

2）總結了FAST在觀測脈沖星和FRB方面取得的系列成果，特別是高精度偏振觀測為FRB磁層起源提供的關鍵觀測證據。

研究背景

脈沖星自發現近60年來，其射電相干輻射機制一直是待揭之謎。FRB的發現進一步凸顯了這一問題的普遍性和緊迫性。傳統上，對脈沖星輻射機制的理解受限于觀測靈敏度，難以探測到微弱輻射成分和精細偏振結構；而FRB的起源與輻射機制也存在磁層模型與激波模型的激烈爭論。鑒于全球最大單口徑射電望遠鏡FAST的建成與運行，我們非常幸運地迎來了通過極高靈敏度的觀測來破解這些疑難問題的時代機遇。

內容簡介

來自中國科學院和高等學校的42位科研人員系統地展示了FAST在脈沖星和FRB研究領域所取得的如下重要研究進展。

1）脈沖星發現與種群研究：FAST“銀道面脈沖星快照巡天”（GPPS）項目已發現超過八百顆脈沖星（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，展現了脈沖星光度函數的低端行為。此外，研究人員還將FAST天區內的球狀星團脈沖星數量增加至原來的三倍。

2）輻射幾何與偏振特征：基于FAST獲得的高靈敏度數據，研究團隊得到近七百顆脈沖星的偏振平均脈沖輪廓；發現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，意味著傳統的“燈塔”模型有待修正。同時，毫秒脈沖星與正常脈沖星在偏振特性上無顯著差異，表明兩者輻射機制類似。

3）矮脈沖與輻射間歇性：在傳統認為處于“熄滅”態的脈沖星中，FAST探測到大量極窄、極弱的矮脈沖。這些脈沖僅由少數幾個基本輻射單元構成，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關聯：FAST對磁星SGR J1935+2154的監測表明，在近三十次高能暴發期間均未發現射電暴，為FRB的物理起源設定了極為苛刻的條件。對重復暴FRB 20180301A和FRB 20201124A等的偏振觀測展現偏振位置角變化的多樣性（包括單調旋轉和正交跳變）以及高達90%的圓偏振；這些特征強烈支持FRB的磁層內部起源。

5）廣義相對論的精確檢驗：通過對最緊密雙中子星PSR J1946+2052長達5年的FAST計時觀測，聯合Arecibo和GBT數據，精確測得了五項后開普勒參數。這些參數在質量-質量圖中的交點高度一致，精確檢驗了廣義相對論，其中軌道衰減的測量精度僅次于赫爾斯-泰勒脈沖星，與理論匹配度達到千分之一精度。

總結與展望

FAST以其前所未有的極高靈敏度，正在根本性地改變人們關于脈沖星相干輻射和FRB物理起源的認識。從發現全相位輻射脈沖星、揭示矮脈沖現象到為FRB磁層起源提供的關鍵偏振證據，FAST的觀測成果架起了脈沖星與FRB之間的橋梁。未來，隨著FAST二期工程（“1+64”陣列）的推進以及景東120米脈沖星望遠鏡（JRT）、奇臺110米射電望遠鏡（QTT）等新設施的建成，人類有望最終在極致密物質的狀態、相干輻射機制和強磁場等離子體物理等基本問題上取得重大突破。

本綜述由FAST相關的科研團隊共同完成，遍及中國科學院和高等學校等學術機構，所涉及觀測數據覆蓋GPPS、CRAFTS、GC FANS等FAST核心科學項目。本文結合了各團隊在各自研究領域的優勢，注重觀測與理論的有機結合。

第一作者

王維揚，中國科學院大學特別研究助理，主要從事脈沖星和FRB等致密星相關輻射過程的研究。

通訊作者

韓金林：中國科學院國家天文臺研究員，領導FAST核心科學研究項目之一“銀道面脈沖星快照巡天（GPPS）”。

徐仁新：北京大學物理學院教授，關注極致密物質的天體物理及宇宙學后果。

撰稿: 原文作者

編輯: 《中國物理快報(英文)》編輯部

文章轉載自“ChinesePhysicsLetters”公眾號