摘要：重复快速射电暴（FRBs）是近年来发现的新天文现象，其与快速射线暴、伽马射线暴等，共同构成了令人难以理解的宇宙极端能量爆发现象。笔者认为，其产生原因均为“穿透激发”效应，即高能电子、质子束流猛烈撞击星际物质产生各种辐射，形成不同等级的射线暴。本质原因则是脉冲星

MT-5（脉冲星探索）

重复快速射线暴现象本质原因的解析

王 济* 王若曦 王语涵

2.宁波市镇海区龙赛中学,宁波镇海315200

3.宁波市镇海区镇海中学,宁波镇海315200

[摘 要]：重复快速射电暴（FRBs）是近年来发现的新天文现象，其与快速射线暴、伽马射线暴等，共同构成了令人难以理解的宇宙极端能量爆发现象。笔者认为，其产生原因均为“穿透激发”效应，即高能电子、质子束流猛烈撞击星际物质产生各种辐射，形成不同等级的射线暴。本质原因则是脉冲星或黑洞等致密星体表面,不同量级中子环的突然崩溃瓦解，发生同步衰变并产生不同量级的电子群和质子群，进而形成上述现象。

[关键词]：中子星聚态；中子吸附态；崩溃瓦解；同步衰变；射痕

1 重复快速射电暴（FRBs）

1.1 FRB121102 —— 2016年确认发现了第一例重复射电暴：FRB121102。2012年11月2日，位于波多黎各的阿雷西博望远镜首次记录到了这一射电暴，之后天文学家便开启了对同一爆发源的长期观测，确认了同一爆发源的多次爆发。在最新的一项研究中，天文学家认为FRB 121102具有157天的周期性。射电暴先有一个90天时间的爆发期，然后进入67天的沉默期。

1.2 FRB190520——人类已知的罕见的第二种可重复快速射电暴。首次的暴发是由中国的FAST(500m口径球面射电望远镜）在2019年捕获发现的，命名为——FRB190520。同时它也是第二个被观测到的重复FRB，并且在两次主要的射电暴发之间会有持续的流强较弱的微弱暴发。2022年6月9日，中国科学院国家天文台研究员李菂研究组领导的国际团队在《自然》上发表文章，报道了他们在中国天眼FAST的帮助下，发现迄今为止唯一一例持续活跃的重复快速射电暴，命名为“FRB 20190520B”。

这些现象都让科学家对FRB的好奇心更加强烈，关于FRB的未知问题的探索也更加深入。

2 快速射电暴（Fast Radio Bursts，FRB）

快速射电暴是指遥远宇宙中突然出现的短暂而猛烈的无线电波暴发，持续时间极短，通常只有几毫秒，却能够释放出相当于太阳在一整天内释放的能量。

FRB的偏振性质包含快速射电暴本征特性与形成环境的丰富信息，对偏振性质的精确测量将继续推进对FRB环境及其起源的理解进程。中国科学院国家天文台研究员、“中国天眼”首席科学家李菂介绍，快速射电暴是一种能量极强、射电波段的电磁波爆发，是一种宇宙中的极端爆炸。“快速射电暴在几毫秒时间里释放的能量相当于太阳几天甚至一年内释放的能量。研究这种极端爆炸的产生机制可能对物理学和天文学产生革命性的影响。”

3 伽玛射线暴（Gamma Ray Burst，缩写GRB）

伽玛射线暴，又称伽玛暴，是来自天空中某一方向的强度在短时间内突然增强，随后又迅速减弱的现象，持续时间在0.1—1000秒，辐射主要集中在0.1—100MeV的能段。伽玛暴发现于1967年，数十年来，人们对其本质了解得还不很清楚，但基本可以确定是发生在学尺度上的恒星级天体中的过程。伽玛暴是天文学中最活跃的研究领域之一，曾在1997年和1999年两度被美国《》杂志评为年度十大科技之列。

伽马射线暴是已知宇宙中最强的爆射现象，理论上是巨大在燃料耗尽时塌缩爆炸或者两颗邻近的致密星体（或）合并而产生的。伽马射线暴短至千分之一秒，长则数小时，会在短时间内释放出巨大能量。如果与相比，它在几分钟内释放的能量相当于万亿年太阳光的总和，其发射的单个能量通常是典型太阳光的几十万倍。

的持续时间一般在0.1秒—1000秒左右，以2秒为界，大致可以分为长暴和短暴两类，典型的持续时间分别为30秒和0.3秒。时变的轮廓比较复杂，往往具有多峰的结构。伽玛射线暴在天空中的分布是各向同性的，但远距离的伽玛射线暴明显少于近距离的，显示出非均匀各向同性，可以被膨胀所支持，表明伽玛射线暴是发生在宇宙学距离上的。

伽玛射线暴爆发过后会在其它波段观测到辐射，称为伽玛射线暴的余辉。根据波段不同可分为余辉、光学余辉、射电余辉等。余辉通常是随时间而指数式衰减的，X射线余辉能够持续几个星期，光学余辉和射电余辉能够持续几个月到一年。

4 不同射线暴的综合分析

事实上，人类对于重复快速射电暴FRBs、快速射电暴FRB和伽马射线暴GRB现象进行研究的历史并不长，自1967年首次发现GRB现象以来还不到60年。由于接受到的信号基本来自于亿万光年之外的深空宇宙，叠加星系间相互运动的原因，以至于连确定GRB爆发的宿主星系都是一件相当有难度的工作。

目前，天文学界基本确认，上述射线暴的来源应当是中子星、黑洞等致密星体。的确，从理论上来说，除了上述拥有极端物理条件的特殊天体，也很难再找到一般天体能承载如此级别的能量爆发。

从查询到的资料可知，现有理论认为GRB现象是巨大在燃料耗尽时塌缩爆炸或者两颗邻近的致密星体（或）合并而产生的。但是，该理论模型与FRBs现象存在本质的逻辑冲突，无论是塌缩爆炸还是致密星体合并，都应当是一次性的。但FRBs现象的存在，又使得该理论模型无法自洽——一个致密星体怎么能重复发生如此巨大能级的爆发而不解体呢？

此外，不同射线暴能级的巨大差异，也让研究者迷惑不解。

笔者认为，上述理论模型存在一个明显的思考盲区：即认为FRBs、FRB、GRB等现象必然是致密星体（或）本体爆发所导致的，而没有考虑到致密星体作为爆发承载体，星体外部物质发生剧烈变化的可能性。——从该论点出发，致密星体可以确保其本体的完整性。

同时，自由中子的特性，使得星体外部物质发生同步衰变成为可能。

5 中子星聚态和中子吸附态

5.1 自由中子特性

原子核由中子和质子组成，原子核内的中子是稳定的。但自由中子是不稳定的粒子，可通过弱作用衰变为质子，放出一个电子和一个反中微子，平均寿命为896秒。中子可以通过不同的衰变方式进行衰变。其中，最为常见的方式是通过β衰变。β衰变是指中子在原子核内部发生变化，其中一个中子转变成一个质子和一个电子（β粒子），同时放出一颗中微子。这个过程可以用以下方程式表示：
n → p + e- + ν
其中，n代表中子，p代表质子，e-代表β粒子，ν代表中微子。

5.2 中子星聚态

笔者认为，超新星爆炸后诞生的中子星（脉冲星），其星体本体的中子经过母恒星体内部的孕育演变，所形成的物质形态极为致密稳定，能够承载外部环境的剧烈变化。这种物质形态，笔者命名为：中子星聚态。

5.2 中子吸附态

与中子星聚态相对应，脉冲星外界物质被“三分天下”后，吸附沉淀在星体磁轴中垂面上的中子环，笔者命名为：中子吸附态。

中子吸附态，其物质形态与中子星聚态有极大的差别。被吸附沉淀的中子，因为星体表面环境的强力约束，按照既定“规则”保持了本身的稳定性，并逐渐积累形成中子环。但是，这种状态又是比较脆弱的，当星体发生涨缩或其他外界条件发生变化时，中子环会崩溃瓦解。

为便于理解，可以借用地球上的沉积岩和花岗岩来类比。沉积岩相当于中子吸附态，比较脆弱；而花岗岩相当于中子星聚态，比较致密。如图1所示。

图1 沉积岩VS花岗岩

（中子吸附态VS中子星聚态）

5.3 自由中子同步衰变

笔者认为：随着中子环的崩溃瓦解，中子吸附态将失去“规则”的约束，成为自由态的中子，并且这些自由中子在相同的物理环境下发生同步衰变（中子寿命或不同于地球环境），几乎同时产生了巨量的电子、质子和中微子。电子、质子按物理规律分别涌向了星体的南北磁极窗口，并向外发生极为剧烈的喷射。这些喷射出的高能电子、质子群又因为“穿透激发”效应，与星际物质相碰撞，从而激发出极高能级的伽马射线。

在伽马射线暴中，由于同步衰变产生的电子、质子群的数量极为巨量，会导致星体磁极窗口瞬间“扩大”，从而喷射出更多数量的高能粒子；随着第一次喷射，窗口迅速“缩小”，电子、质子群发生“返溯”，并再次涌向磁极窗口，出现第二次喷射。如此反复，直至高能粒子群喷射完毕。因此，伽马射线暴往往能够连续爆发数次。

中子环崩溃瓦解发生自由中子同步衰变，从而产生不同量级的电子群和质子群的假说，可以合理解释不同等级射线暴的形成原因。其要点在于：致密星体的本体不参与爆发，而仅作为外界物质爆发的承载体，这对于经历了超新星爆炸考验的致密星体而言毫无困难。同时，星体中子环的稳定形成，也允许积累极高量级的中子吸附态，从而为超强伽马射线暴提供了物质基础。当然，该假说也没有否定致密星体双星合并产生伽马射线暴的传统观点。

6 重复快速射电暴的本质原因

发生重复快速射电暴的本质原因，应当是脉冲星的本体在快速旋转中，频繁发生星体涨缩，导致中子环不能相对稳定的存在，从而发生一次次微小的星震，自由态的中子群每发生一次同步衰变，就产生一次能级较小的射电暴，从而形成FRBs现象。

7 双星系统和星体进动

根据笔者《关于“奇异”脉冲星现象的原因解释》一文中，揭示的双星系统和星体进动原因。从遥远的距离观察，某些FRBs现象会出现一定的周期性，即前文所引的FRB 121102射电暴先有一个90天时间的爆发期，然后进入67天的沉默期，共计157天的周期性。笔者认为，该星体应当一直在发生重复快速射电暴，只是由于是双星系统或者发生星体进动（晃动），导致出现周期性。

8 超强伽马射线暴和银核细线

8.1 射痕假说

根据上述假说，转速较慢或者星体环境较稳定的黑洞、中子星等致密星体，有条件形成极高量级的中子环，当其发生同步衰变后会产生巨量的电子群和质子群，并向外猛烈喷射从而形成超强伽马射线暴。

——如果将太阳总质量相当的中子吸附态转变为中子自由态并发生同步衰变，其激发的伽马射线暴，必然能达到“几分钟内释放的能量相当于万亿年太阳光的总和”这个量级。

笔者认为：巨量的带电粒子会在星际物质中留下明显的痕迹，从而被人类观察到，笔者命名为：“射痕”。并且，由于电子群和质子群具有电性和质量，因此喷射的过程中会受到其他天体磁场和引力场的影响，行进路径会逐渐发生弯曲。若射流方向天体数量分布稀疏，则“射痕”较长，弯曲度较小；若射流方向天体数量分布密集，则“射痕”较短，弯曲度较大。

8.2 银核细线

2023年6月，《天体物理学杂志快报》上发表了银河核心处发现近千根细线的论文,。文中讲述上世纪80年代早期,西北大学，在银河中心特大质量黑洞附近,发现了垂直于银盘面长达150光年左右的巨大细线，近年来发现的数量增加到了近1000根，并且新发现的细丝要短得多，长度在5到10光年之间，方向几乎于银盘面平行。如图2、图3所示。

图2 存在于银河系中心的细丝，垂直平行于水平运行的银道平面。

（图/Farhad Yusef-Zadeh et al. ）

图3 银河核心处细丝分布示意图

（图/南非MeerKAT射电望远镜）

笔者认为，上述现象与“射痕假说”非常吻合。垂直于银盘面，天体数量稀疏，射痕较长，弯曲度较小；而平行于银盘面方向，天体数量密集，射痕较短，弯曲度较大。也就是说，每一道射痕，极有可能是一次伽马射线爆发的结果，而较为“壮观”的射痕，则可能是一次超强伽马射线暴。从“射痕假说”可推论出，射线暴和高能带电粒子群通常不在一个传播方向，但大量的射痕造成银河核心处极端严苛的环境，使之成为生命的禁区。

8.3 高能中微子来源

此外，根据“自由中子同步衰变”假说，从理论上解释了宇宙中高能中微子的产生来源，至于中微子具体的传播方式（星体磁轴方向还是轮式辐射状方向）则尚无法确定。

9 星震假说的再修正

在《关于脉冲星形成机理的假说与现象解释》一文中曾这样解释星震现象：随着脉冲星持续消耗外界物质，星体赤道面外吸积盘中的物质也不断分解，物质中的中子则不断沉淀在星体的赤道面形成逐渐凸起的“中子环”。这个“中子环”会逐渐改变整个星体的旋转惯量，导致转速慢慢减缓。当星体转速达到某一临界点，赤道面沉淀吸附的“中子环”受到的离心力减小而重力增强，在强引力的作用下，这个中子环会突然压垮中子星赤道地表的致密结构，从而产生连锁崩塌，这个物理过程使得整个星体的旋转惯量顷刻间发生变化，星体转速骤然增加。这种现象，笔者命名为“赤道星震”。

根据中子环崩溃瓦解并发生同步衰变的推论，上述假说需进行修正。修正后的假说为：当中子环质量不断增加，导致星体转速逐渐变慢，该过程促进星体发生形变，当达到某一临界点，中子环突然崩溃瓦解，中子吸附态转变为中子自由态并发生同步衰变，进而产生不同等级射线暴和高能中微子。由于外附中子环在短时间内突然消散，使得整个星体的旋转惯量顷刻间发生变化，星体转速骤然增加，从而形成星震。

需要注意的是：在《关于“奇异”脉冲星现象的原因解释》中，已经对赤道星震假说进行了一次修正，即星体中子环是沿磁轴中垂面分布，而不是沿赤道面分布，并导致星体逐渐产生进动（晃动）现象。因此，这次再修正是对原星震假说的进一步完善，也是持续探索脉冲星秘密过程中的新发现。

10 结束语

中子吸附态转变为中子自由态并发生同步衰变的假说，为解释不同等级射线暴现象提供了另一种研究思路。同时，也再次支持了脉冲星表面外界物质被“三分天下”的假说。如果将能量定义为电磁波，则脉冲星（包括黑洞）可以看做高效的质能转换装置，更进一步，如果将物质中的电子和质子也定义为广域能量，则脉冲星除了是宇宙中“最精确的物质分割者”还是“最完美的质能转换者”。从这个角度出发，宇宙中频繁出现“创世”级别的能量爆发就可以被理解和接受。——尽管这远远超出了人类的一般想象。

笔者年少时曾把玩过万花筒，里面万千变化的绚丽图案让人惊奇着迷，最后拆开发现仅仅是几颗色粒和三块镜片而已。也许，物质世界就是万花筒，但其本质却异常简洁，在探索自然奥秘的过程中，应当力求本源、去伪存真。

以此感悟，与诸位探索研究者共勉。

中共浙江省宁波市镇海区纪委区监委 王 济

宁波市镇海区龙赛中学 王若曦

宁波市镇海区镇海中学 王语涵

2024年1月18日

Analysis of the essential causes of repeated fast ray bursts

Wang Ji1* Wang Ruoxi2 Wang Yu Han3

Abstract : Repeating fast radio bursts (FRBs) are a new astronomical phenomenon discovered in recent years. Together with fast ray bursts and gamma-ray bursts, FRBS constitute an incomprehensible phenomenon of extreme energy bursts in the universe. The author believes that the cause is the "penetration excitation" effect, that is, the high-energy electron and proton beam violently impinges on the interstellar material to produce various kinds of radiation, forming different grades of ray burst. The essential reason is the sudden collapse of neutron rings of different magnitudes on the surface of dense stars such as pulsars or black holes, synchronous decay occurs and produces electron groups and proton groups of different magnitudes, thus forming the above phenomenon.

Key words: Neutron star clustering; Neutron adsorption state; To collapse ; Synchronous decay；Shot mark

参 考 文 献

[1] 天文学最大的谜题之一：FRB！——光明网 2020-11-08 20:52

[2] 百度百科——FRB 20190520B（重复快速射电暴）

[3] 百度百科——快速射电暴（射电天文现象）

[4] ——百家号 [引用日期2022-03-20]

[5] 科普中国·科学百科——伽马射线暴

[6] 科普中国·科学百科——中子

[7] 百度·知道—— 原子核的中子怎样衰变？

[8]Mysterious dashes revealed in Milky Way’s center——

June 2, 2023 | By

来源：剧场探险家