“中國(guó)天眼”運(yùn)行300天 發(fā)現(xiàn)脈沖星240余顆

核心閱讀

正式運(yùn)行300天以來(lái)，被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）已發(fā)現(xiàn)脈沖星數(shù)量超過(guò)240顆。我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)借助FAST，迅速成為國(guó)際快速射電暴領(lǐng)域的核心研究力量。

在廣袤的宇宙中，經(jīng)常突然出現(xiàn)短暫并且猛烈的無(wú)線電波爆發(fā)，持續(xù)的時(shí)間只有幾毫秒，卻能釋放出太陽(yáng)在一整天內(nèi)釋放的能量，這就是快速射電暴。如此快速閃現(xiàn)的無(wú)線電波包含了什么信息？各國(guó)天文學(xué)家一直在尋求真相。

日前，借助被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）的最新觀測(cè)，我國(guó)科學(xué)家在快速射電暴研究方面取得一系列重大成果。10月29日和11月4日，兩篇相關(guān)研究成果在《自然》雜志發(fā)表，讓“中國(guó)天眼”再次成為射電天文學(xué)界的焦點(diǎn)。

有力支持高水平研究

快速射電暴如何產(chǎn)生？此前的理論研究主要分成兩種，一種認(rèn)為這樣的毫秒射電爆發(fā)來(lái)自粒子碰撞，而另一種則認(rèn)為它是粒子在強(qiáng)磁場(chǎng)中穿行產(chǎn)生的。

“FAST的觀測(cè)結(jié)果直接終結(jié)了爭(zhēng)論，通過(guò)對(duì)11次射電爆發(fā)的高靈敏度偏振信號(hào)解析，我國(guó)科研人員用直接的觀測(cè)結(jié)果否定了粒子碰撞的理論。”中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)首席研究員韓金林說(shuō)。

憑借著一系列的FAST觀測(cè)“實(shí)證”，我國(guó)相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)迅速成為國(guó)際快速射電暴領(lǐng)域的核心研究力量。

2019年，北京大學(xué)教授、國(guó)家天文臺(tái)研究員李柯伽團(tuán)隊(duì)利用FAST探測(cè)到一例全世界僅有21例的快速射電暴重復(fù)爆F(xiàn)RB180301。李柯伽說(shuō)：“在共計(jì)12個(gè)小時(shí)的觀測(cè)時(shí)間里，F(xiàn)AST探測(cè)到15次閃現(xiàn)，每次電波閃現(xiàn)的強(qiáng)度曲線也各不相同，最奇妙的結(jié)果來(lái)自對(duì)11次爆發(fā)電波的高靈敏度偏振信號(hào)解析。”

李柯伽解釋：“FAST觀測(cè)的11個(gè)爆發(fā)信號(hào)中，竟然有7個(gè)毫秒閃現(xiàn)爆發(fā)能夠很好地解析出其偏振。令人激動(dòng)的是7個(gè)偏振不僅僅是變化的，而且呈現(xiàn)出變化的多樣性。如此變化的偏振在早先的重復(fù)暴從來(lái)沒(méi)有看到。FAST觀測(cè)到的偏振變化多樣性明確說(shuō)明，宇宙中的爆發(fā)源可能來(lái)自致密星體磁層中的物理過(guò)程。”

今年8月，北京師范大學(xué)林琳博士、北京大學(xué)張春風(fēng)博士、國(guó)家天文臺(tái)王培博士等聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，利用FAST觀測(cè)到銀河系中有一顆已知磁星SRG1935+2154呈現(xiàn)出幾十次伽馬射線爆發(fā)。

林琳說(shuō)：“以FAST的高靈敏度，我們?cè)谏潆姴ǘ斡^測(cè)中，一個(gè)射電爆發(fā)也沒(méi)有探測(cè)到。該結(jié)果說(shuō)明，宇宙中致密天體不同波段的爆發(fā)時(shí)，物理?xiàng)l件非常苛刻，使得無(wú)線電與伽馬光子不能同時(shí)掃過(guò)地球。”

觀測(cè)服務(wù)超5200個(gè)機(jī)時(shí)

FAST于2016年落成，它的反射面面積相當(dāng)于大約30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)，大大拓展了人類在射電波段的視野，也使中國(guó)射電天文學(xué)家終于有機(jī)會(huì)走到科學(xué)探索的最前沿。

正式運(yùn)行300天以來(lái)，F(xiàn)AST展現(xiàn)的科學(xué)實(shí)力令人驚喜。FAST近一年的觀測(cè)服務(wù)超過(guò)5200個(gè)機(jī)時(shí)，超過(guò)預(yù)期目標(biāo)近兩倍，累計(jì)發(fā)現(xiàn)脈沖星數(shù)量超過(guò)240顆，基于FAST數(shù)據(jù)發(fā)表的高水平論文達(dá)到40余篇。

“1967年，人們發(fā)現(xiàn)了第一顆脈沖星；直到50年后，中國(guó)人才用自己的射電望遠(yuǎn)鏡FAST發(fā)現(xiàn)了第一顆新脈沖星。”FAST科學(xué)委員會(huì)主任、中科院院士武向平說(shuō)，“在很短時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)AST已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了240多顆脈沖星，我們期望在未來(lái)5年，這一數(shù)字能達(dá)到1000顆，甚至能找到銀河系外的第一顆射電脈沖星。”

今年2月，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)正式啟動(dòng)科學(xué)委員會(huì)遴選出的5個(gè)“優(yōu)先和重大項(xiàng)目”，近百名科學(xué)家開(kāi)始使用并處理FAST的科學(xué)數(shù)據(jù)；4月，時(shí)間分配委員會(huì)開(kāi)始向國(guó)內(nèi)天文界征集自由申請(qǐng)項(xiàng)目，目前已經(jīng)接到170余份申請(qǐng)，而且外部用戶的比例高達(dá)95.7%。

“明年，F(xiàn)AST還會(huì)對(duì)全世界開(kāi)放。”武向平認(rèn)為，未來(lái)10年，中國(guó)將迎來(lái)射電天文發(fā)展的黃金時(shí)期，“我們要利用這個(gè)寶貴的窗口期，做出重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為人類探索和認(rèn)識(shí)宇宙做出重大貢獻(xiàn)。”

科學(xué)潛力將進(jìn)一步顯現(xiàn)

巨大工程體量、超高精度要求及特殊的工作方式，給FAST提出了前所未有的技術(shù)挑戰(zhàn)，為此，工程團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一系列的技術(shù)攻關(guān)。FAST工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)自主創(chuàng)新，顯著推動(dòng)了我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的革新與發(fā)展。

“FAST的先進(jìn)測(cè)量技術(shù)遠(yuǎn)不止于望遠(yuǎn)鏡本身，在其它領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。”國(guó)家天文臺(tái)研究員、FAST總工程師姜鵬說(shuō)，“比如，在高精度地礦勘探方面，可以利用慣性組件與衛(wèi)星導(dǎo)航融合技術(shù)，為重力測(cè)量提供高精度的位置和方位姿態(tài)基準(zhǔn)；在海洋測(cè)繪中，采用慣性組件與聲吶等測(cè)量技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)海底測(cè)繪，為勘探區(qū)作業(yè)的機(jī)器設(shè)備建立高精度的時(shí)空和姿態(tài)基準(zhǔn)。”

隨著性能的提升，F(xiàn)AST的科學(xué)潛力還將進(jìn)一步顯現(xiàn)。國(guó)家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)、中科院院士常進(jìn)說(shuō)：“FAST超高靈敏度使其在射電瞬變?cè)捶矫婢哂兄卮鬂摿?，有望在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)納赫茲的引力波探測(cè)、捕捉到宇宙大爆炸時(shí)期的原初引力波，為研究宇宙大爆炸原初時(shí)刻的物理過(guò)程提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)它還有能力將我國(guó)深空探測(cè)及通信能力延伸至太陽(yáng)系邊緣，滿足國(guó)家重大戰(zhàn)略需求。”