快速射电暴(FRBs)的最新观测表明:重复快速射电暴(repeating FRBs, rFRBs)的光谱特别窄;有些rFRBs(例如:FRB 20121102A等)在爆发活跃期显示出非常高的爆发率;在多波段观测(特别是宽波段)中光谱峰值频率显示出条纹结构。FRB 20121102A作为第一个观测到的重复活跃的FRB,大量的观测为其探究辐射物理提供了独特机会。
我们提出rFRBs的爆发可能来源于向观测者相对论运动的弱磁化等离子体局部区域(blob)的同步脉泽辐射。假设等离子体以洛伦兹因子为100 向观测者运动,并且单个blob中的电子分布为单能电子分布(γe~100),我们的分析表明如果等离子体的磁化因子 ~ 10-5,等离子体频率 ~ 4.5 MHz,则同步脉泽辐射可以产生明亮且窄带的射电爆发,其峰值频率 ~ 3.85 GHz,对应的峰值流量密度约为1 Jy。此外,峰值频率较低的爆发,其光谱往往更窄。将该机制应用于FRB 20121102A的爆发,我们成功地复现了FRB 20121102A在Arecibo望远镜(L波段)和Green Bank望远镜(C波段)观测下的峰值频率分布和各向同性能量分布。我们发现等离子体频率的分布呈现出多个峰值,类似于观测的 FRB 20121102A 的峰值频率分布。这表明在FRB 20121102A中同步脉泽辐射的激发发生在不同的等离子体blob中,每个blob的等离子体频率具有不同的值,这可能是由于相对论电子数密度的不均匀性所导致的。

图1:rFRBs爆发的模型卡通图,来自中心引擎的ejecta触发了等离子体不稳定性,诱导产生局部电子等离子体blob,从而通过同步脉泽辐射产生快速射电暴

图2:同步辐射自吸收系数随频率的变化(左)和同步脉泽辐射随频率的变化(中)以及在不同参数范围预测的在GBT和Arecibo望远镜带宽内观测爆发的频谱轮廓(右)
论文题目:Repeating fast radio bursts from synchrotron maser radiation in localized plasma blobs: Application to FRB 20121102A
相关成果已被《Astronomy & Astrophysics》杂志接收
论文作者:李啸(博士生),吕芬(通讯作者),张海明,邓灿敏,梁恩维(通讯作者)
论文链接://arxiv.org/abs/2502.11103