当快速射电暴穿越上亿光年的浩瀚星河，最终抵达坐落于贵州群山中的“中国天眼”时，探索的序幕才真正拉开。真正牵动天文学家的是：这些来自宇宙的电波究竟有着怎样的“出生地”？它们周围的磁场和等离子体环境，又为何会在短时间内发生如此剧烈的变化？2026年3月20日，华中科技大学物理学院天文学系博士研究生单英泽以第一作者身份在国际天文学期刊The Astrophysical Journal Letters（ApJL）发表题为“The disk precession in a Be star-magnetar binary and its application to the rotation measure of FRB 20201124A”的研究论文。该论文由我系雷卫华教授、邹远川教授和南京大学王发印教授担任通讯作者，我系高田顺平教授、付韶宇博士后、刘佳炘与张珑萱博士研究生、王通伦硕士研究生以及南京大学兰皓天研究生参与了本项研究。该工作对快速射电暴产生的天体环境进行了推测。

快速射电暴（Fast Radio Bursts, FRBs）是宇宙中一种持续时间仅为毫秒量级、但总能量极高的射电脉冲现象。自2007年首例FRB被发现以来，该领域逐渐成为高能天体物理的重要研究方向。随后，重复暴FRB 20121102A的确认标志着研究进入了一个新阶段，使研究者能够对同一源开展长期监测，并系统研究其物理起源及局域环境演化。相较于一次性爆发源，这类可重复暴源为追踪其周围等离子体和磁场结构的时间变化提供了关键观测窗口。

法拉第旋转量（Rotation Measure, RM）表征沿FRB传播路径上的电子数密度与平行磁场分量乘积的积分，是探测其局域电磁和等离子体环境变化的重要物理量。通过对长期活跃FRB源的RM演化进行研究，科学家可以进一步追踪其所处等离子体环境和磁场结构的变化，从而为揭示其物理起源提供关键线索。本工作正是围绕FRB 20201124A的RM长时标变化展开，并给出了一个重要解释：该源很可能起源于一个由Be型恒星和磁星组成的双星系统，而Be恒星外流盘的进动效应则是理解其RM演化的关键，其物理图像如图1所示。

图 1：FAST 接收来自Be星-磁星双星系统的FRB的示意图，由单英泽和张珑萱制作。

FRB 20201124A是一例极为活跃的重复暴源。它于2020年11月24日由加拿大CHIME射电望远镜首次发现，随后由我国500米口径球面射电望远镜（FAST，“中国天眼”）开展后随观测。得益于FAST极高的灵敏度，研究人员很快发现该源自2021年4月起进入异常活跃阶段。在2021年4月至6月约91小时的观测中，FAST共探测到一千多次爆发。更引人注目的是，这些爆发对应的RM在约60天的时间尺度上表现出大幅变化，最大变化量约为500 rad/m²，甚至出现了令人费解的符号反转。此后，在2021年9月至10月以及2022年2月至5月两个后续密集观测阶段，FAST继续对该源进行了监测。结果表明，RM仍然存在明显变化，但整体波动幅度有所降低。这说明FRB 20201124A所处的电磁与等离子体环境不仅能够在几十天内发生剧烈变化，而且还会在一年左右的时间尺度上持续演化。

图 2：有进动外流盘的Be星-磁星双星系统的几何示意图。

RM的符号反转，以及其在长期演化中整体变化幅度减弱的现象，引起了研究团队的特别关注。为解释这一行为，本工作的研究团队提出了一个由Be型恒星和磁星组成的双星系统模型，并考虑了Be星外流盘的进动效应，其几何结构如图2所示。磁星是一类具有极强磁场的中子星，也是人们目前唯一已知可以产生 FRB 的天体。为了解释 FRB 20201124A 的旋转测度（RM）所揭示的复杂起源环境，产生这一快速射电暴的磁星，很可能拥有一个特殊的伴侣：一颗有着外流物质盘的 Be 型恒星。Be型恒星是一类快速自转的大质量早型恒星，其强烈外流可在恒星周围形成盘状结构，盘中还可能存在环向磁场。在这一模型中，磁星沿着具有一定偏心率的轨道绕Be星运动，FRB在磁星磁层中产生后，信号沿视线方向传播，并穿过Be星外流盘的不同区域，因此会随着磁星的公转产生周期性的RM变化，甚至出现符号反转。而当Be星外流盘本身存在进动时，RM演化还会叠加一个与盘进动周期相对应的超轨道周期调制。研究表明，磁星施加在外流盘上的力矩可能正是驱动这种盘进动的重要物理机制。

利用这一模型对观测数据进行拟合，其结果如图3所示，能够较好地解释FRB 20201124A在约350天时间内的RM演化行为。拟合结果表明，FRB 20201124A很可能处于一个Be星—磁星双星系统中，其双星轨道周期约为70天，而Be星外流盘的进动周期约为780天。基于这一模型，研究人员还可以进一步预测该源未来可能出现的RM演化趋势。

图 3： FAST 三个观测阶段收集的FRB 20201124A的RM每日平均数据 (2021年4月至2022 年五月) ，分别用蓝色、红棕色和绿色点表示。带状区域为当日FRB 的最大和最小RM区间。红色的曲线为使用本工作中双星模型对RM数据点的拟合。

在本工作中，研究团队还尝试将这一模型应用于其他几例具有显著RM演化行为的FRB源（见图4）。初步结果表明，该模型对理解这类源的环境演化具有一定普适性。不过，由于这些源目前可用的有效RM数据仍然较少，对它们的拟合结果还需要依赖未来更多观测进行进一步约束。此外，关于盘进动的具体物理机制、FRB辐射在盘物质中的吸收效应，以及盘内磁场更细致的空间构型等问题，研究团队也进行了讨论。

依托 FAST 等高精度望远镜的持续观测，我们将有机会捕捉到更多类似的射电爆发信号，进一步检验双星模型。这不仅能帮助人们更深刻地理解极端天体环境，也将为最终揭开快速射电暴的起源之谜，铺就一条全新的探索之路。

本工作获得国家自然科学基金（12041306，12473012，12533005，12173014，12494575，12273009，12573044）、国家重点研发计划（2023YFC2205901，2020YFC2201400，SQ2023YFC220007）以及中国载人航天工程（CMS-CSST-2021-B11）等基金资助。

图 4：其他三个有RM演化的FRB源的RM数据，以及使用本文中模型的拟合结果。红色点线是外流盘无进动的情况，蓝色曲线是假设盘进动周期为10倍双星轨道情况下的RM变化。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae450e