这一方法揭示了快速射电暴的时间-能量表现与地震和太阳耀斑等现象存在本质区别，从而挑战了快速射电暴的星震起源理论。团队基于这一新方法发现，快速射电暴在时间-能量二元空间上表现出接近布朗运动的游走，表现出高度的随机性。
中国天眼FAST的强大观测能力结合创新的分析方法，有望深入揭示宇宙中神秘爆发信号的起源。这项研究于4月12日在《科学通报》上作为封面文章发表。快速射电暴是一种源自宇宙深处的短暂而强烈的无线电波爆发，其能量释放速度之快足以驱动人类社会万亿年。尽管2007年人们首次发现了快速射电暴，但至今人们仍不清楚其能量释放的机制。
科学家推测，来自密集天体（如中子星或黑洞）的高能量密度可能是快速射电暴的来源。中子星的信号规律性地扫过地球，类似灯塔，非常稳定。然而，以往的研究尝试在毫秒到秒级别的周期内寻找快速射电暴的规律性信号都未成功。因此，我们需要重新审视快速射电暴的发射机制。《科学通报》还发表了美国内华达大学的张冰教授在快速射电暴领域的理论专家的评论文章，称赞这一创新方法为理论家提供了深入思考爆发现象物理机制的契机，并进一步应用于FAST的大数据集合以验证其揭示的物理规律的普适性。
快速射电暴（FRBs）的到达时间和能量在时间-能量双变量空间中的运动类似于布朗运动
快速射电暴（FRBs），即射电波段中最明亮的宇宙爆发，其起源至今仍然未知。我们在这里介绍了一种新颖的方法，用于对时间-能量领域中活跃的FRB行为进行全面分析。通过使用“Pincus指数”和“最大Lyapunov指数”，我们能够分别量化爆发事件的随机性和混沌性，并将FRB放置在常见瞬态物理现象（如脉冲星、地震和太阳耀斑）的背景下。在双变量时间-能量领域中，重复出现的FRB爆发行为明显偏离（更随机，更少混沌）于脉冲星、地震和太阳耀斑。FRB爆发之间的等待时间和相应的能量变化之间没有相关性，并且保持不可预测性，这表明FRB的发射不呈现出地震事件中观察到的时间和能量聚集。明显的随机性可能源自具有高熵的单一源或多种发射机制/场所的组合。因此，我们的方法论作为一种实用工具，用于说明不同物理过程之间的共同性和差异性。
快速射电暴（FRBs）是持续时间仅为几毫秒的强烈射电发射脉冲。FRB首次于2007年被发现，此后被世界各地的各种射电望远镜观测到。然而，尽管它们无处不在，但这些神秘信号的起源仍然未知。FRBs具有丰富的观测参数，包含有关源和传播路径的信息，包括到达时间、能量、持续时间、带宽、偏振、色散、闪烁、散射等。最近对FRBs偏振的研究表明，FRBs位于复杂的磁化环境中。这些研究展示了关于FRB传播路径的信息。时间和能量是直接与FRB辐射特性相关的两个观测参数。首次利用五百米口径球面射电望远镜（FAST）观测到的FRB 20121102A显示了FRB能量的双峰分布，表明FRB可能存在不同的辐射机制。
对重复FRB爆发的时间和能量序列的研究使我们能够更深入地了解FRB的起源，这是利用非重复爆发难以实现的，因为它们的唯一爆发仅是时间-能量相空间中的一个点。在这里，我们以两个活跃的重复FRB为分析对象，它们是目前唯一已知具有相关紧凑持续性射电源（PRSs）的两个FRB，分别是FRB 20121102A和FRB 20190520B。这两个FRB都经历了时间尺度的高度活跃时期（从毫秒到月），FAST的观测表明了这一点。由于FAST对这两个FRB的高灵敏度和高频率覆盖，我们可以获得比其他望远镜更完整的事件序列。我们在这里首次对FRB在时间-能量双变量领域中的行为进行系统性检查。
FRB 20121102A是第一个被发现具有重复性并且被准确定位的FRB。在一个极端活跃的时期，FAST在2019年8月29日至10月29日期间检测到了FRB 20121102A的1652次脉冲。此后，我们每隔一个月或两个月对FRB 20121102A进行定期监测。2020年8月17日和23日，FAST捕捉到了另外12次爆发。自那以后，再也没有检测到新的爆发。FRB 20190520B是FAST在Commensal Radio Astronomy FAST Survey（CRAFTS）期间发现的第一个重复FRB，已被准确定位并配备了PRS。自2019年5月20日发现以来，FAST和Parkes已经检测到了200多次脉冲。图1显示了FRB 20121102A和FRB 20190520B的观测覆盖和检测到的爆发。
图1. 来自FRB 20121102A和FRB 20190520B的能量检测到的爆发。(a) 蓝色点和红色点显示了两个FRB的爆发能量和到达时间。蓝色和红色条形图是两个FRB的检测观测会话，黄色条形图是未检测到的观测会话。(b) 两个FRB的核密度估计（KDE）能量分布。
我们采用了Lomb-Scargle周期图（LSP）来搜索FRB 20121102A和FRB 20190520B的周期，但在1毫秒到1000秒的范围内未发现统计上显著的周期信号。为了量化不同周期信号的显著性（信噪比，S/N），我们比较了随机生成的时间序列与FRB爆发时间序列在LSP中的功率差异。对于FRB 20121102A，我们生成了一个与FRB爆发数量相同的时间序列，从第一个爆发到最后一个爆发的到达时间之间，采用均匀分布抽样。随后，我们将LSP应用于这个随机生成的序列。我们重复这个过程100次，得到了在不同周期下随机信号的周期图功率分布。我们对FRB 20190520B进行了相同的操作。在1毫秒到1000秒的范围内，两个FRB的周期信号均未超过来自随机时间序列的周期图功率分布的5σ（图2）。
因此，我们已经明显限制了周期信号存在的可能性。一些影响，包括可变的发射高度/位置，可能会使从FRB爆发到达时间推断磁星自转周期变得复杂。另一种解释可能是，驱动FRB的磁星的周期比银河系磁星的周期长得多，因此FRB数据中没有短时间尺度的周期性。无论具体原因是什么，未检测到周期信号仍然突显了FRB发射的固有随机性。