ASKAP快速射电暴去偏振普查：首次在非重复暴中发现磁离子介质去偏振证据

《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》：A depolarisation census of ASKAP fast radio bursts

本刊编辑推荐：为解决快速射电暴（FRB）中重复暴与非重复暴的起源关系问题，研究人员对12个ASKAP探测的（表观）非重复暴开展去偏振普查研究。首次发现非重复暴FRB 20230526A存在显著光谱去偏振（线性偏振度从1440 MHz的60%降至1110 MHz的20%），其去偏振幅度σ′RM=12.62 rad m-2，并通过ATCA观测给出持久射电源（PRS）光度上限<0.11×1029 erg s-1 Hz-1。该研究支持重复暴与非重复暴同源演化模型，为FRB progenitor环境演化提供关键观测证据。

　　

在宇宙瞬变天文领域，快速射电暴（FRB）作为能量极高的毫秒级射电脉冲，自2007年首次发现以来一直笼罩在神秘面纱中。尽管已有约800个FRB被报道，但其发射机制、前身天体类型以及起源等基本问题仍悬而未解。特别值得注意的是，FRB群体中存在重复暴与（表观）非重复暴的明显分化，二者在光谱时变特性和偏振性质上展现出显著差异。重复暴常呈现"悲伤长号"状光谱漂移和带限发射特征，而非重复暴的光谱行为相对简单。更关键的是，部分重复暴（如FRB 20121102A和20190520B）表现出巨大的旋转测量（RM）值和光谱去偏振现象，暗示其周围存在极端复杂的磁离子环境。

然而，对非重复暴的去偏振研究一直面临挑战。由于大多数FRB探测系统的带宽有限，去偏振效应只有在望远镜的σ′_RM灵敏度窗口内才能被识别。澳大利亚SKA探路者（ASKAP）在336 MHz带宽下，对1271 MHz和824 MHz中心频率最敏感的σ′_RM值分别为12 rad m^-2和8 rad m^-2。此前研究仅发现个别FRB存在边际去偏振，而非重复暴中是否普遍存在去偏振仍不明确。

为解决这一科学问题，Pavan A. Uttarkar等研究人员对ASKAP非相干求和探测系统（ICS）发现的12个FRB开展了系统去偏振普查。研究团队采用贝叶斯分析方法，对比了伯恩去偏振定律、修正伯恩定律和恒定偏振模型，通过log₁₀贝叶斯因子大于10作为模型选择的强证据标准。

关键技术方法包括：利用ASKAP ICS系统获取高时间分辨率（HTR）束形成数据；通过匹配滤波技术最大化信噪比；采用斯托克斯参数频谱去旋转处理；基于伯恩去偏振模型（P_Burn(λ)=exp(-2σ_RM²λ⁴)）进行去偏振幅度量化；结合澳大利亚望远镜紧凑阵列（ATCA）进行持久射电源（PRS）搜寻；使用Murriyang射电望远镜超宽频带低（UWL）接收机进行重复暴监测。

去偏振普查结果

在12个FRB样本中，10个源未显示显著去偏振证据，其σ′_RM上限值在1.7-10.2 rad m^-2范围内。这些非去偏振源与Feng等人建立的重复暴σ′_RM-RM和σ′_RM-τ_s关系不一致，表明其RM和散射可能起源于不同于去偏振介质的其他环境（如宿主星系星际介质）。

FRB 20230526A的显著去偏振

FRB 20230526A展现出清晰的跨波段线性偏振度抑制，从1440 MHz的约60%下降至1110 MHz的约20%。贝叶斯因子log₁₀=5.7强烈支持去偏振模型，σ′_RM测量值为12.62±0.25 rad m^-2。该源还具有样本中最大的|RM|值（613 rad m^-2），且其σ′_RM与RM、散射时标τ_s的关系与重复暴趋势一致，表明确认去偏振、散射和RM起源于同一介质环境。

持久射电源搜寻与宿主星系特性

ATCA观测未检测到与FRB 20230526A位置重合的持久射电源，在5500 MHz和7500 MHz频段分别给出21 μJy和19 μJy的3σ上限，对应光度上限<0.11×10²⁹ erg s^-1 Hz^-1。该FRB定位于红移z=0.157的晚型盘星系，恒星质量约10^10.73 M_⊙，与大多数ASKAP样本宿主星系类似，而与FRB 20121102A和20190520B的矮星系宿主形成对比。

去偏振起源与物理意义

研究团队采用Feng等人提出的等离子体屏幕模型估算磁离子环境湍流强度。假设超新星遗迹类似SN 1006（壳层半径21 pc），对于σ′_RM=12 rad m^-2和l_screen=10¹⁵ cm，得到δ(n_eB_∥)=0.2×10³ μG cm^-3。年轻遗迹（半径小100-1000倍）对应δ(n_eB_∥)可达2×10³-6×10³ μG cm^-3，表明更小终止激波半径和更高湍流强度。

σ′_RM与PRS光度关系

研究探讨了σ′_RM与PRS光度（L_ν）的潜在关联。基于Yang等人的模型，特定光度L_ν∝σ_RM，较高δ(n_eB_∥)导致较高σ′_RM和较高光度。对于FRB 20230526A，为匹配PRS光度上限，相对论电子分数ζ_eγ_th²需<10⁶，表明非重复暴周围环境中的相对论电子分数低于活跃重复暴。

本研究首次在（表观）非重复暴中发现显著去偏振，为FRB研究领域带来重要突破。FRB 20230526A的去偏振特性与重复暴相似但更温和，支持重复暴与非重复暴同源演化模型：FRB源周围复杂环境随时间演化，逐渐变得稀薄，PRS辐射减弱，最终宿主星系星际介质成为RM和散射的主要贡献者。在此框架下，年老FRB源仍可偶尔产生爆发，成为探测高红移宇宙星系际介质的清洁探针。该研究发表于《皇家天文学会月报》，为理解FRB progenitor环境演化和起源机制提供了关键观测依据。