[论文解读] CHIME/FRB Detection of Eight New Repeating Fast Radio Burst Sources

Chime, Bridget C. Andersen+55 more|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2019

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 10被引用 49

一句话总结

本论文报告利用CHIME望远镜发现了八个新的重复快速射电暴（FRB）源，其色散量（DM）范围为103.5至1281 pc cm⁻³。这些源表现出不同的活动水平，爆发宽度显著宽于非重复FRB（p < 0.0001），表明其具有不同的辐射机制，为未来干涉定位和宿主星系识别提供了可能。

ABSTRACT

We report on the discovery of eight repeating fast radio burst (FRB) sources found using the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) telescope. These sources span a dispersion measure (DM) range of 103.5 to 1281 pc cm$^{-3}$. They display varying degrees of activity: six sources were detected twice, another three times, and one ten times. These eight repeating FRBs likely represent the bright and/or high-rate end of a distribution of infrequently repeating sources. For all sources, we determine sky coordinates with uncertainties of $\sim$10$^\prime$. FRB 180916.J0158+65 has a burst-averaged DM = $349.2 \pm 0.3$ pc cm$^{-3}$ and a low DM excess over the modelled Galactic maximum (as low as $\sim$20 pc cm$^{-3}$); this source also has a Faraday rotation measure (RM) of $-114.6 \pm 0.6$ rad m$^{-2}$, much lower than the RM measured for FRB 121102. FRB 181030.J1054+73 has the lowest DM for a repeater, $103.5 \pm 0.3$ pc cm$^{-3}$, with a DM excess of $\sim$ 70 pc cm$^{-3}$. Both sources are interesting targets for multi-wavelength follow-up due to their apparent proximity. The DM distribution of our repeater sample is statistically indistinguishable from that of the first 12 CHIME/FRB sources that have not repeated. We find, with 4$\sigma$ significance, that repeater bursts are generally wider than those of CHIME/FRB bursts that have not repeated, suggesting different emission mechanisms. Our repeater events show complex morphologies that are reminiscent of the first two discovered repeating FRBs. The repetitive behavior of these sources will enable interferometric localizations and subsequent host galaxy identifications.

研究动机与目标

• 利用CHIME的高时间分辨率观测能力，识别并表征新的重复快速射电暴（FRB）源。
• 确定重复FRB的色散量（DM）及其DM超额值相对于非重复源的分布特征。
• 研究重复FRB与非重复FRB在爆发形态和宽度上的差异，以推断其不同的辐射机制。
• 通过探测重复FRB的活动性，为未来干涉定位和宿主星系识别提供支持。
• 评估新发现的重复FRB源的法拉第旋转量（RM）及其天区定位精度。

提出的方法

• 利用加拿大氢强度测绘实验（CHIME）望远镜对射电天空进行连续、高时间分辨率的巡天观测。
• 应用动态谱分析和爆发检测算法，从原始巡天数据中识别周期性和重复FRB候选源。
• 通过将观测到的DM与银河系模型预测值比较，计算色散量（DM）及其DM超额值。
• 利用爆发信号的偏振分析测量法拉第旋转量（RM），以推断其磁环境条件。
• 利用干涉数据中的到达时间和波束成形技术，估算天区位置的不确定性。
• 采用4σ显著性阈值，对重复FRB与非重复FRB的爆发宽度分布进行统计比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 重复FRB的爆发宽度分布是否与非重复FRB不同？
• RQ2 新发现的重复FRB源的色散量（DM）及其DM超额值范围是什么？
• RQ3 重复FRB的法拉第旋转量（RM）与先前已知的重复源（如FRB 121102）相比如何？
• RQ4 能否提高重复FRB的天区定位精度，以支持干涉后续观测和宿主星系识别？
• RQ5 新发现的重复FRB的爆发辐射形态是否与前两个已知重复FRB相似？

主要发现

• 探测到八个新的重复FRB源，其色散量范围为103.5至1281 pc cm⁻³。
• FRB 181030.J1054+73是目前已知重复源中DM最低的，为103.5 ± 0.3 pc cm⁻³，DM超额值约为70 pc cm⁻³。
• FRB 180916.J0158+65的DM超额值仅为约20 pc cm⁻³，法拉第RM为-114.6 ± 0.6 rad m⁻²，显著低于FRB 121102。
• 重复FRB的爆发在统计上比非重复FRB更宽，显著性达4σ，表明其可能具有不同的辐射机制。
• 八个新重复源的DM分布与前12个非重复CHIME/FRB源的DM分布无统计学差异。
• 所有源的天区位置不确定性均约为10角分，为未来干涉定位和宿主星系识别提供了可能。