“中國天眼”重磅成果亮點(diǎn)解析

張泉　宋晨

我國科學(xué)家利用“中國天眼”FAST獲得的測量結(jié)果，為解決恒星形成三大經(jīng)典問題之一的“磁通量問題”提供了重要觀測證據(jù)。相關(guān)成果1月6日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》以封面文章形式發(fā)表。

這是FAST最新產(chǎn)出的一系列重磅成果之一。基于超高靈敏度的明顯優(yōu)勢，F(xiàn)AST已成為中低頻射電天文領(lǐng)域的觀天利器。

發(fā)現(xiàn)脈沖星是國際大型射電望遠(yuǎn)鏡觀測的主要科學(xué)目標(biāo)之一。截至目前，F(xiàn)AST共發(fā)現(xiàn)約500顆脈沖星，成為自其運(yùn)行以來世界上發(fā)現(xiàn)脈沖星效率最高的設(shè)備。

脈沖星是大質(zhì)量恒星死亡后的“遺骸”，一顆方糖大小的體積就有上億噸的質(zhì)量，脈沖星能夠發(fā)射出高度周期性的脈沖，周期在1.4毫秒到23秒之間。被稱為“毫秒脈沖星”的短周期脈沖星，可以與地球上最好的原子鐘相媲美。

“FAST配備19波束L波段接收機(jī)，是世界上最強(qiáng)大的脈沖星搜尋利器。”中科院國家天文臺研究員韓金林介紹，新發(fā)現(xiàn)的約500顆脈沖星中，包括一批最暗弱的脈沖星、挑戰(zhàn)當(dāng)代銀河系電子分布模型的大色散量脈沖星、毫秒脈沖星、脈沖雙星、一批模式變化和消零脈沖星以及射電暫現(xiàn)源等。

由韓金林領(lǐng)導(dǎo)的FAST重大優(yōu)先項(xiàng)目“銀道面脈沖星快照巡天”在不到兩年時(shí)間里，新發(fā)現(xiàn)279顆脈沖星，其中65個(gè)為毫秒脈沖星，在雙星系統(tǒng)中的有22顆。相關(guān)論文于2021年5月在國內(nèi)學(xué)術(shù)期刊《天文和天體物理學(xué)研究》發(fā)表。

與此同時(shí)，我國科學(xué)家還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(jī)制的新途徑。

據(jù)悉，后續(xù)對這些脈沖星的測時(shí)觀測，可以探測來自遙遠(yuǎn)星系的低頻引力波，還可用于建立脈沖星時(shí)間和空間基準(zhǔn)。

探究宇宙奧秘 中性氫及快速射電暴探測取得新進(jìn)展

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。對中性氫進(jìn)行探測、研究，對于理解暗物質(zhì)、暗能量屬性，解讀星系形成和演化過程等具有重要意義。

國家天文臺慶道沖、李菂領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團(tuán)隊(duì)采用原創(chuàng)的中性氫窄線自吸收（HINSA）方法，利用FAST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，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)。

據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)將通過FAST中性氫星系巡天，預(yù)期探測到10萬個(gè)以上星系的中性氫譜線，目前已完成數(shù)據(jù)處理相關(guān)準(zhǔn)備工作，即將開始大規(guī)模的宇宙大尺度、局部宇宙、星系間、最鄰近星系等不同尺度的巡天。

快速射電暴（FRB）是射電波段最亮的持續(xù)僅幾毫秒的神秘現(xiàn)象，最初于2007年發(fā)現(xiàn)，疑為來自河外星系的脈沖信號。因其起源與物理機(jī)制完全未知，是當(dāng)今天體物理領(lǐng)域最大熱點(diǎn)之一。

國家天文臺李菂、王培、朱煒瑋領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團(tuán)隊(duì)利用FAST對快速射電暴FRB121102進(jìn)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，超過此前本領(lǐng)域所有文章發(fā)表的爆發(fā)事件總量，首次揭示了快速射電暴爆發(fā)率的完整能譜及其雙峰結(jié)構(gòu)，成果論文于2021年10月在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

據(jù)悉，F(xiàn)AST多科學(xué)目標(biāo)巡天已發(fā)現(xiàn)至少6例新FRB，正在為揭示這一宇宙中神秘現(xiàn)象的機(jī)制作出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。

“FAST運(yùn)行效率和質(zhì)量不斷提高，年觀測時(shí)長超過5300小時(shí)，已遠(yuǎn)超國際同行預(yù)期的工作效率，為FAST科學(xué)產(chǎn)出起到重要支撐作用。”FAST運(yùn)行和發(fā)展中心常務(wù)副主任、總工程師姜鵬說。

自2020年1月FAST通過國家驗(yàn)收以來，F(xiàn)AST科學(xué)委員會統(tǒng)籌規(guī)劃科學(xué)方向、遴選重大項(xiàng)目、制定數(shù)據(jù)開放政策、分配觀測時(shí)間等;圍繞FAST優(yōu)勢科學(xué)目標(biāo)，征集遴選了五個(gè)優(yōu)先重大項(xiàng)目，組織全國優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)，開展大團(tuán)隊(duì)集中攻關(guān)，取得一系列重要成果。

2021年3月31日，F(xiàn)AST正式向全球開放共享，向全球天文學(xué)家征集觀測申請，此次征集收到來自不同國家共7216小時(shí)的觀測申請，最終14個(gè)國家（不含中國）的27份國際項(xiàng)目獲得批準(zhǔn)，并于2021年8月啟動(dòng)科學(xué)觀測。

國家天文臺研究員武向平院士透露，F(xiàn)AST正在醞釀向全國中小學(xué)生開放1%的觀測時(shí)間。“幫助孩子們實(shí)現(xiàn)探索宇宙的愿望，希望此舉能在孩子們心中種下科學(xué)的種子，將來成長為國之棟梁。”武向平說。

據(jù)介紹，F(xiàn)AST未來將在快速射電暴起源與物理機(jī)制、中性氫宇宙研究、脈沖星搜尋與物理研究、脈沖星測時(shí)與低頻引力波探測等方向產(chǎn)出深化人類對宇宙認(rèn)知的科學(xué)成果。