中新網(wǎng)北京1月6日電 (記者 孫自法)被譽為“中國天眼”的中國科學(xué)院國家天文臺500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)，通過國家驗收近兩年來和向全球開放共享近一年來，高質(zhì)量運行，已發(fā)現(xiàn)約500顆脈沖星，并在中性氫譜線測量星際磁場、快速射電暴觀測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。
中科院國家天文臺王培副研究員在發(fā)布會上介紹FAST在快速射電暴領(lǐng)域科研成果。 中新社記者 孫自法 攝北京時間1月6日凌晨，中科院國家天文臺科研人員領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團隊通過“中國天眼”，采用原創(chuàng)的中性氫窄線自吸收(HINSA)方法，在測量星際磁場領(lǐng)域取得重大進展的論文，獲國際學(xué)術(shù)期刊《自然》以封面文章上線發(fā)表。
在論文發(fā)表前夕，中科院于1月5日在北京舉行2022年度首場新聞發(fā)布會，專題介紹大國重器“中國天眼”高質(zhì)量開放運行及系列重要科研進展。
中科院國家天文臺韓金林研究員在發(fā)布會上介紹FAST在脈沖星搜尋方面科研進展。 中新社記者 孫自法 攝為解決恒星形成問題提供重要觀測證據(jù)
磁場在恒星、行星和生命的產(chǎn)生中發(fā)揮著重要作用，但過程復(fù)雜，“磁通量問題”因此是恒星形成中經(jīng)典三大難題之一，分子云的星際磁場強度測量也成為全球天文界的共同挑戰(zhàn)。
中科院國家天文臺李菂、慶道沖領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團隊采用原創(chuàng)的中性氫窄線自吸收方法，利用“中國天眼”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結(jié)構(gòu)，異于標準模型預(yù)測，從而為解決恒星形成三大經(jīng)典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據(jù)。
李菂研究員介紹說，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，研究團隊利用“中國天眼”擁有無與倫比的靈敏度及優(yōu)良的光路設(shè)計，首次實現(xiàn)了中性氫窄線自吸收塞曼效應(yīng)的探測，獲得高置信度星際磁場測量，這是利用原子輻射手段探測分子云磁場“從0到1”的突破。
他表示，“中國天眼”探測到的磁場強度只有地球磁場的十萬分之一，比恒星形成標準模型預(yù)測的磁場強度弱至少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成磁超臨界狀態(tài)，可能存在比標準模型更有效的磁場耗散機制使得恒星形成提前發(fā)生。因此，這項成果有望將中性氫窄線自吸收方法，拓展成為星際磁場測量的重要系統(tǒng)性探針。
《自然》封面設(shè)計稿，呈現(xiàn)金牛座分子云天區(qū)的星際介質(zhì)和磁場。 國家天文臺 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)今最大的天文熱點前沿領(lǐng)域之一。目前，已有數(shù)百例快速射電暴被探測到，其中僅少數(shù)呈現(xiàn)出重復(fù)爆發(fā)的現(xiàn)象。
中科院國家天文臺李菂、王培、朱煒瑋領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團隊利用“中國天眼”，對編號FRB121102的快速射電暴、也是人類所知的第一個重復(fù)暴進行觀測，在約50天內(nèi)探測到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，“中國天眼”多科學(xué)目標巡天已發(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)象的機制、推進這一天文學(xué)全新研究做出獨特的貢獻。他說，“中國天眼”在地面與中國“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。
針對“慧眼”衛(wèi)星觀測發(fā)現(xiàn)并研究確認，編號為FRB200428的亮度極高的快速射電暴來自銀河系內(nèi)編號SGR J1935+2154的磁星這一科研成果，中科院國家天文臺韓金林研究員認為，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)星確認來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)還要更多觀測和深入研究。
至于宇宙中快速射電暴總量有多少的問題，李菂認為目前無法統(tǒng)計，但根據(jù)FAST觀測數(shù)據(jù)研究測算，宇宙中每天至少有12萬個快速射電暴到達地球。
快速射電暴FRB 121102平均每小時爆發(fā)率能量分布(左)。FAST觀測快速射電暴藝術(shù)想象圖(右) 國家天文臺 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“中國天眼”重大優(yōu)先項目“銀道面脈沖星快照巡天”，主要目的是利用“中國天眼”對銀河系進行全覆蓋“拍照”，發(fā)現(xiàn)新脈沖星。
他介紹說，發(fā)現(xiàn)脈沖星是國際大型射電望遠鏡觀測的主要科學(xué)目標之一。“銀道面脈沖星快照巡天”項目從2020年2月正式開展脈沖星搜尋觀測以來，截至目前，在不到兩年的時間內(nèi)已累計觀測約620個機時，新發(fā)現(xiàn)279顆脈沖星，其中65個為周期小于30毫秒的毫秒脈沖星，能夠確認在雙星系統(tǒng)中的有22顆，在脈沖星發(fā)現(xiàn)上已超越美國阿雷西博望遠鏡運行15年的數(shù)量。國際天文同行評價稱，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，是一個顯著的成就”。
韓金林表示，項目團隊充分發(fā)掘“中國天眼”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，發(fā)明的“快照”觀測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突破到微央斯基量級。他特別希望能更多搜尋到“珍奇脈沖星”，通過研究實現(xiàn)天文、物理等基礎(chǔ)領(lǐng)域重大突破。
目前，項目團隊已觀測計劃天區(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合作開展脈沖星觀測。 國家天文臺 供圖多波段合作觀測開啟脈沖星搜索新方向
中科院國家天文臺稱，“中國天眼”還通過開展多波段合作觀測，開啟脈沖星搜索新方向，并打開研究脈沖星電磁輻射機制的新途徑。基于“中國天眼”靈敏度國際領(lǐng)先的優(yōu)勢，將“中國天眼”與高能波段的重要空間天文設(shè)施費米伽馬射線天文臺大視場望遠鏡(Fermi-LAT)相結(jié)合進行天地一體化協(xié)同和后隨觀測，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)的國際合作團隊已發(fā)現(xiàn)多顆脈沖星，并開展多波段觀測分析。相關(guān)成果論文于2021年12月在《中國科學(xué)》學(xué)術(shù)期刊以封面及編輯點評文章形式發(fā)表。
李菂認為，通過“中國天眼”開展多波段合作觀測，將有望為研究中子星星族演化和探測引力波等提供更多樣本。
在新聞發(fā)布會上，中科院表示，其將以更為開放的姿態(tài)向全球共享科學(xué)研究設(shè)施，為國際天文學(xué)界提供高水平的觀測平臺，促進天文研究國際合作，提升中國天文研究的國際地位和影響力，推動世界科技發(fā)展和人類文明進步。(完)