快速射电暴以几乎零延迟追踪宇宙恒星形成
主打图片: 磁星发射快速射电暴的艺术想象图；图片来源：NASA/JPL-Caltech
快速射电暴来自哪里？这个问题困扰了天体物理学家近二十年。一派认为快速射电暴由核心坍缩超新星形成的年轻磁星产生。另一派指向致密双星并合，这些事件需要数亿至数十亿年才能完成。发表在arXiv预印本服务器上的一项新研究，为年轻磁星模型提供了迄今最强有力的观测证据。
中国科学院王怡颖、李寅杰和范一中采用前向建模分层贝叶斯分析方法，对CHIME/FRB样本进行了研究。他们联合拟合了目录样本、基带流量和已定位宿主星系红移，同时自洽地纳入了巡天的选择函数。结论是：宇宙快速射电暴发生率与宇宙恒星形成历史在同一红移处达到峰值，平均延迟仅为0.1至0.3亿年。这在两个西格玛水平上与即时、零延迟起源一致。
长期争论
快速射电暴是来自银河系以外的毫秒级无线电能量脉冲。自2007年发现以来，天文学家已编制了数千个快速射电暴的目录，多数使用不列颠哥伦比亚省的CHIME（加拿大氢强度映射实验）观测。
起源的核心问题是时间。如果快速射电暴来自年轻磁星，其发生率应密切追踪恒星形成率：恒星诞生，大质量恒星在超新星中迅速死亡，产生具有极端磁场的中子星并在数千万年内发射快速射电暴。另一方面，如果快速射电暴来自致密双星并合（两颗中子星或一颗中子星与一颗黑洞螺旋靠近），其发生率应显著晚于恒星形成率，因为双星系统需要数十亿年才能并合。
此前的研究得出了相互矛盾的结果。2021年对首个CHIME目录的分析排除了所有快速射电暴都追踪恒星形成史的假说，发现数据更符合显著延迟模型或混合模型（主导的延迟群和从属的恒星形成群并存）。采用更大目录和更先进贝叶斯方法的新研究得出了相反的结论。
新分析的不同之处
王等人使用了更大规模的CHIME样本，并应用了分层贝叶斯框架，比此前工作更仔细地考虑了观测偏差。他们通过CHIME的注入框架对巡天选择函数进行了建模，该框架将模拟快速射电暴插入真实数据管线，以测量望远镜实际探测到和遗漏的信号。
关键结果是：在一系列延迟时间模型中，快速射电暴发生率稳健地在宇宙恒星形成率的同一红移处达到峰值。0.1至0.3亿年的平均延迟并非为零，但对于典型延迟超过10亿年的致密双星并合场景来说太短了。
“这一发现排除了此前报告的、被解释为致密双星并合起源证据的数十亿年延迟，”作者写道。”它反而指向与年轻恒星残骸相关的前身系统，最显著的是核心坍缩超新星中形成的磁星。”
这意味着什么
该结果显著缩小了理论可能性。如果被未来巡天确认，意味着绝大多数快速射电暴来自单一的即时通道：大质量恒星在形成后数千万年内坍缩为磁化的中子星。延迟通道即使存在，也只能解释极小部分事件。
这也意味着快速射电暴可以作为宇宙恒星形成的直接示踪剂，类似于超新星发生率和伽马射线暴。由于快速射电暴的可探测距离远超大多数超新星，它们可能成为测量宇宙不同时期恒星形成速度的强大新工具。
论文已在arXiv上以标识符2607.09109发布，并已提交同行评审期刊。
婷 翻译