中新網(wǎng)北京1月6日電 (記者 孫自法)被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)，通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收近兩年來(lái)和向全球開(kāi)放共享近一年來(lái)，高質(zhì)量運(yùn)行，已發(fā)現(xiàn)約500顆脈沖星，并在中性氫譜線(xiàn)測(cè)量星際磁場(chǎng)、快速射電暴觀測(cè)及研究等重要天文學(xué)領(lǐng)域取得一系列重要科學(xué)成果。
中科院國(guó)家天文臺(tái)王培副研究員在發(fā)布會(huì)上介紹FAST在快速射電暴領(lǐng)域科研成果。 中新社記者 孫自法 攝北京時(shí)間1月6日凌晨，中科院國(guó)家天文臺(tái)科研人員領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)“中國(guó)天眼”，采用原創(chuàng)的中性氫窄線(xiàn)自吸收(HINSA)方法，在測(cè)量星際磁場(chǎng)領(lǐng)域取得重大進(jìn)展的論文，獲國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》以封面文章上線(xiàn)發(fā)表。
在論文發(fā)表前夕，中科院于1月5日在北京舉行2022年度首場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)，專(zhuān)題介紹大國(guó)重器“中國(guó)天眼”高質(zhì)量開(kāi)放運(yùn)行及系列重要科研進(jìn)展。
中科院國(guó)家天文臺(tái)韓金林研究員在發(fā)布會(huì)上介紹FAST在脈沖星搜尋方面科研進(jìn)展。 中新社記者 孫自法 攝為解決恒星形成問(wèn)題提供重要觀測(cè)證據(jù)
磁場(chǎng)在恒星、行星和生命的產(chǎn)生中發(fā)揮著重要作用，但過(guò)程復(fù)雜，“磁通量問(wèn)題”因此是恒星形成中經(jīng)典三大難題之一，分子云的星際磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量也成為全球天文界的共同挑戰(zhàn)。
中科院國(guó)家天文臺(tái)李菂、慶道沖領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)采用原創(chuàng)的中性氫窄線(xiàn)自吸收方法，利用“中國(guó)天眼”首次獲得原恒星核包層中的高置信度的塞曼效應(yīng)測(cè)量結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)星際介質(zhì)從冷中性氣體到原恒星核具有連貫性的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，異于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)，從而為解決恒星形成三大經(jīng)典問(wèn)題之一的“磁通量問(wèn)題”提供了重要的觀測(cè)證據(jù)。
李菂研究員介紹說(shuō)，中性氫是宇宙中豐度最高的元素，廣泛存在于宇宙的不同時(shí)期，是不同尺度物質(zhì)分布的最佳示蹤物之一。最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用“中國(guó)天眼”擁有無(wú)與倫比的靈敏度及優(yōu)良的光路設(shè)計(jì)，首次實(shí)現(xiàn)了中性氫窄線(xiàn)自吸收塞曼效應(yīng)的探測(cè)，獲得高置信度星際磁場(chǎng)測(cè)量，這是利用原子輻射手段探測(cè)分子云磁場(chǎng)“從0到1”的突破。
他表示，“中國(guó)天眼”探測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度只有地球磁場(chǎng)的十萬(wàn)分之一，比恒星形成標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度弱至少3至4倍。該研究結(jié)果揭示，分子云在致密云核階段即可超前達(dá)成磁超臨界狀態(tài)，可能存在比標(biāo)準(zhǔn)模型更有效的磁場(chǎng)耗散機(jī)制使得恒星形成提前發(fā)生。因此，這項(xiàng)成果有望將中性氫窄線(xiàn)自吸收方法，拓展成為星際磁場(chǎng)測(cè)量的重要系統(tǒng)性探針。
《自然》封面設(shè)計(jì)稿，呈現(xiàn)金牛座分子云天區(qū)的星際介質(zhì)和磁場(chǎng)。 國(guó)家天文臺(tái) 供圖獲得迄今最大快速射電暴爆發(fā)事件樣本
快速射電暴(FRB)是目前已知宇宙中射電波段最明亮的爆發(fā)現(xiàn)象，起源未知，也是當(dāng)今最大的天文熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域之一。目前，已有數(shù)百例快速射電暴被探測(cè)到，其中僅少數(shù)呈現(xiàn)出重復(fù)爆發(fā)的現(xiàn)象。
中科院國(guó)家天文臺(tái)李菂、王培、朱煒瑋領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)利用“中國(guó)天眼”，對(duì)編號(hào)FRB121102的快速射電暴、也是人類(lèi)所知的第一個(gè)重復(fù)暴進(jìn)行觀測(cè)，在約50天內(nèi)探測(cè)到1652次爆發(fā)事件，獲得迄今最大的快速射電暴爆發(fā)事件樣本，超過(guò)此前快速射電暴領(lǐng)域所有文章發(fā)表爆發(fā)事件的總量，首次揭示出快速射電暴爆發(fā)率的完整能譜及其雙峰結(jié)構(gòu)，該成果論文已于2021年10月在《自然》發(fā)表。
王培副研究員表示，“中國(guó)天眼”多科學(xué)目標(biāo)巡天已發(fā)現(xiàn)至少6例新快速射電暴，正在為揭示這一宇宙中神秘現(xiàn)象的機(jī)制、推進(jìn)這一天文學(xué)全新研究做出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。他說(shuō)，“中國(guó)天眼”在地面與中國(guó)“慧眼”衛(wèi)星在太空搜尋快速射電暴，在研究方式上是一種互補(bǔ)。
針對(duì)“慧眼”衛(wèi)星觀測(cè)發(fā)現(xiàn)并研究確認(rèn)，編號(hào)為FRB200428的亮度極高的快速射電暴來(lái)自銀河系內(nèi)編號(hào)SGR J1935+2154的磁星這一科研成果，中科院國(guó)家天文臺(tái)韓金林研究員認(rèn)為，快速射電暴在銀河系出現(xiàn)只占很小一部分，大部分在銀河系外，“慧眼”衛(wèi)星確認(rèn)來(lái)源為磁星的只是銀河系內(nèi)的一次快速射電暴，其起源后續(xù)還要更多觀測(cè)和深入研究。
至于宇宙中快速射電暴總量有多少的問(wèn)題，李菂認(rèn)為目前無(wú)法統(tǒng)計(jì)，但根據(jù)FAST觀測(cè)數(shù)據(jù)研究測(cè)算，宇宙中每天至少有12萬(wàn)個(gè)快速射電暴到達(dá)地球。
快速射電暴FRB 121102平均每小時(shí)爆發(fā)率能量分布(左)。FAST觀測(cè)快速射電暴藝術(shù)想象圖(右) 國(guó)家天文臺(tái) 供圖“銀道面脈沖星快照巡天”新發(fā)現(xiàn)279顆脈沖星
韓金林研究員領(lǐng)導(dǎo)的“中國(guó)天眼”重大優(yōu)先項(xiàng)目“銀道面脈沖星快照巡天”，主要目的是利用“中國(guó)天眼”對(duì)銀河系進(jìn)行全覆蓋“拍照”，發(fā)現(xiàn)新脈沖星。
他介紹說(shuō)，發(fā)現(xiàn)脈沖星是國(guó)際大型射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的主要科學(xué)目標(biāo)之一。“銀道面脈沖星快照巡天”項(xiàng)目從2020年2月正式開(kāi)展脈沖星搜尋觀測(cè)以來(lái)，截至目前，在不到兩年的時(shí)間內(nèi)已累計(jì)觀測(cè)約620個(gè)機(jī)時(shí)，新發(fā)現(xiàn)279顆脈沖星，其中65個(gè)為周期小于30毫秒的毫秒脈沖星，能夠確認(rèn)在雙星系統(tǒng)中的有22顆，在脈沖星發(fā)現(xiàn)上已超越美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行15年的數(shù)量。國(guó)際天文同行評(píng)價(jià)稱(chēng)，F(xiàn)AST“發(fā)現(xiàn)這么多脈沖星令人印象深刻”“發(fā)現(xiàn)如此眾多毫秒脈沖星，是一個(gè)顯著的成就”。
韓金林表示，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)充分發(fā)掘“中國(guó)天眼”在巨大接收面積、精確變形跟蹤能力、多波束接收等三方面優(yōu)勢(shì)，發(fā)明的“快照”觀測(cè)模式大大增加脈沖星的搜尋深度，使得脈沖星系統(tǒng)搜尋的深度從毫央斯基量級(jí)突破到微央斯基量級(jí)。他特別希望能更多搜尋到“珍奇脈沖星”，通過(guò)研究實(shí)現(xiàn)天文、物理等基礎(chǔ)領(lǐng)域重大突破。
目前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已觀測(cè)計(jì)劃天區(qū)的8%，在脈沖星出現(xiàn)概率比較高的區(qū)域收集約6PB的數(shù)據(jù)。2021年5月，相關(guān)成果論文已在專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)期刊《天文和天體物理學(xué)研究》發(fā)表。
PSR J0318+0253位置和積分脈沖輪廓(左)；FAST-FermiLAT合作開(kāi)展脈沖星觀測(cè)。 國(guó)家天文臺(tái) 供圖多波段合作觀測(cè)開(kāi)啟脈沖星搜索新方向
中科院國(guó)家天文臺(tái)稱(chēng)，“中國(guó)天眼”還通過(guò)開(kāi)展多波段合作觀測(cè)，開(kāi)啟脈沖星搜索新方向，并打開(kāi)研究脈沖星電磁輻射機(jī)制的新途徑。基于“中國(guó)天眼”靈敏度國(guó)際領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)，將“中國(guó)天眼”與高能波段的重要空間天文設(shè)施費(fèi)米伽馬射線(xiàn)天文臺(tái)大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡(Fermi-LAT)相結(jié)合進(jìn)行天地一體化協(xié)同和后隨觀測(cè)，具有產(chǎn)生重大科學(xué)突破的潛力。
在這方面，李菂、王培領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)已發(fā)現(xiàn)多顆脈沖星，并開(kāi)展多波段觀測(cè)分析。相關(guān)成果論文于2021年12月在《中國(guó)科學(xué)》學(xué)術(shù)期刊以封面及編輯點(diǎn)評(píng)文章形式發(fā)表。
李菂認(rèn)為，通過(guò)“中國(guó)天眼”開(kāi)展多波段合作觀測(cè)，將有望為研究中子星星族演化和探測(cè)引力波等提供更多樣本。
在新聞發(fā)布會(huì)上，中科院表示，其將以更為開(kāi)放的姿態(tài)向全球共享科學(xué)研究設(shè)施，為國(guó)際天文學(xué)界提供高水平的觀測(cè)平臺(tái)，促進(jìn)天文研究國(guó)際合作，提升中國(guó)天文研究的國(guó)際地位和影響力，推動(dòng)世界科技發(fā)展和人類(lèi)文明進(jìn)步。(完)