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中国天眼收获测量星际磁场、发现快速射电暴等重要成果

中科院国家天文台李菂研究员在发布会上介绍FAST最新科研成果。 中新社记者 孙自法 摄

中国天眼收获测量星际磁场、发现快速射电暴等重要成果

中科院国家天文台李菂研究员在发布会上介绍FAST最新科研成果。 中新社记者 孙自法 摄

中新网北京1月6日电 (记者 孙自法)被誉为“中国天眼”的中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜(FAST),通过国家验收近两年来和向全球开放共享近一年来,高质量运行,已发现约500颗脉冲星,并在中性氢谱线测量星际磁场、快速射电暴观测及研究等重要天文学领域取得一系列重要科学成果。

中国天眼收获测量星际磁场、发现快速射电暴等重要成果

中科院国家天文台王培副研究员在发布会上介绍FAST在快速射电暴领域科研成果。 中新社记者 孙自法 摄

北京时间1月6日凌晨,中科院国家天文台科研人员领导的国际合作团队通过“中国天眼”,采用原创的中性氢窄线自吸收(HINSA)方法,在测量星际磁场领域取得重大进展的论文,获国际学术期刊《自然》以封面文章上线发表。

在论文发表前夕,中科院于1月5日在北京举行2022年度首场新闻发布会,专题介绍大国重器“中国天眼”高质量开放运行及系列重要科研进展。

中国天眼收获测量星际磁场、发现快速射电暴等重要成果

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中科院国家天文台韩金林研究员在发布会上介绍FAST在脉冲星搜寻方面科研进展。 中新社记者 孙自法 摄

为解决恒星形成问题提供重要观测证据

磁场在恒星、行星和生命的产生中发挥着重要作用,但过程复杂,“磁通量问题”因此是恒星形成中经典三大难题之一,分子云的星际磁场强度测量也成为全球天文界的共同挑战。

中科院国家天文台李菂、庆道冲领导的国际合作团队采用原创的中性氢窄线自吸收方法,利用“中国天眼”首次获得原恒星核包层中的高置信度的塞曼效应测量结果,研究发现星际介质从冷中性气体到原恒星核具有连贯性的磁场结构,异于标准模型预测,从而为解决恒星形成三大经典问题之一的“磁通量问题”提供了重要的观测证据。

李菂研究员介绍说,中性氢是宇宙中丰度最高的元素,广泛存在于宇宙的不同时期,是不同尺度物质分布的最佳示踪物之一。最新研究中,研究团队利用“中国天眼”拥有无与伦比的灵敏度及优良的光路设计,首次实现了中性氢窄线自吸收塞曼效应的探测,获得高置信度星际磁场测量,这是利用原子辐射手段探测分子云磁场“从0到1”的突破。

他表示,“中国天眼”探测到的磁场强度只有地球磁场的十万分之一,比恒星形成标准模型预测的磁场强度弱至少3至4倍。该研究结果揭示,分子云在致密云核阶段即可超前达成磁超临界状态,可能存在比标准模型更有效的磁场耗散机制使得恒星形成提前发生。因此,这项成果有望将中性氢窄线自吸收方法,拓展成为星际磁场测量的重要系统性探针。

中国天眼收获测量星际磁场、发现快速射电暴等重要成果

《自然》封面设计稿,呈现金牛座分子云天区的星际介质和磁场。 国家天文台 供图

获得迄今最大快速射电暴爆发事件样本

快速射电暴(FRB)是目前已知宇宙中射电波段最明亮的爆发现象,起源未知,也是当今最大的天文热点前沿领域之一。目前,已有数百例快速射电暴被探测到,其中仅少数呈现出重复爆发的现象。

中科院国家天文台李菂、王培、朱炜玮领导的国际合作团队利用“中国天眼”,对编号FRB121102的快速射电暴、也是人类所知的第一个重复暴进行观测,在约50天内探测到1652次爆发事件,获得迄今最大的快速射电暴爆发事件样本,超过此前快速射电暴领域所有文章发表爆发事件的总量,首次揭示出快速射电暴爆发率的完整能谱及其双峰结构,该成果论文已于2021年10月在《自然》发表。

王培副研究员表示,“中国天眼”多科学目标巡天已发现至少6例新快速射电暴,正在为揭示这一宇宙中神秘现象的机制、推进这一天文学全新研究做出独特的贡献。他说,“中国天眼”在地面与中国“慧眼”卫星在太空搜寻快速射电暴,在研究方式上是一种互补。

针对“慧眼”卫星观测发现并研究确认,编号为FRB200428的亮度极高的快速射电暴来自银河系内编号SGR J1935+2154的磁星这一科研成果,中科院国家天文台韩金林研究员认为,快速射电暴在银河系出现只占很小一部分,大部分在银河系外,“慧眼”卫星确认来源为磁星的只是银河系内的一次快速射电暴,其起源后续还要更多观测和深入研究。

至于宇宙中快速射电暴总量有多少的问题,李菂认为目前无法统计,但根据FAST观测数据研究测算,宇宙中每天至少有12万个快速射电暴到达地球。

中国天眼收获测量星际磁场、发现快速射电暴等重要成果

快速射电暴FRB 121102平均每小时爆发率能量分布(左)。FAST观测快速射电暴艺术想象图(右) 国家天文台 供图

“银道面脉冲星快照巡天”新发现279颗脉冲星

韩金林研究员领导的“中国天眼”重大优先项目“银道面脉冲星快照巡天”,主要目的是利用“中国天眼”对银河系进行全覆盖“拍照”,发现新脉冲星。

他介绍说,发现脉冲星是国际大型射电望远镜观测的主要科学目标之一。“银道面脉冲星快照巡天”项目从2020年2月正式开展脉冲星搜寻观测以来,截至目前,在不到两年的时间内已累计观测约620个机时,新发现279颗脉冲星,其中65个为周期小于30毫秒的毫秒脉冲星,能够确认在双星系统中的有22颗,在脉冲星发现上已超越美国阿雷西博望远镜运行15年的数量。国际天文同行评价称,FAST“发现这么多脉冲星令人印象深刻”“发现如此众多毫秒脉冲星,是一个显著的成就”。

韩金林表示,项目团队充分发掘“中国天眼”在巨大接收面积、精确变形跟踪能力、多波束接收等三方面优势,发明的“快照”观测模式大大增加脉冲星的搜寻深度,使得脉冲星系统搜寻的深度从毫央斯基量级突破到微央斯基量级。他特别希望能更多搜寻到“珍奇脉冲星”,通过研究实现天文、物理等基础领域重大突破。

目前,项目团队已观测计划天区的8%,在脉冲星出现概率比较高的区域收集约6PB的数据。2021年5月,相关成果论文已在专业学术期刊《天文和天体物理学研究》发表。

中国天眼收获测量星际磁场、发现快速射电暴等重要成果

PSR J0318+0253位置和积分脉冲轮廓(左);FAST-FermiLAT合作开展脉冲星观测。 国家天文台 供图

多波段合作观测开启脉冲星搜索新方向

中科院国家天文台称,“中国天眼”还通过开展多波段合作观测,开启脉冲星搜索新方向,并打开研究脉冲星电磁辐射机制的新途径。基于“中国天眼”灵敏度国际领先的优势,将“中国天眼”与高能波段的重要空间天文设施费米伽马射线天文台大视场望远镜(Fermi-LAT)相结合进行天地一体化协同和后随观测,具有产生重大科学突破的潜力。

在这方面,李菂、王培领导的国际合作团队已发现多颗脉冲星,并开展多波段观测分析。相关成果论文于2021年12月在《中国科学》学术期刊以封面及编辑点评文章形式发表。

李菂认为,通过“中国天眼”开展多波段合作观测,将有望为研究中子星星族演化和探测引力波等提供更多样本。

在新闻发布会上,中科院表示,其将以更为开放的姿态向全球共享科学研究设施,为国际天文学界提供高水平的观测平台,促进天文研究国际合作,提升中国天文研究的国际地位和影响力,推动世界科技发展和人类文明进步。(完)

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作者: 杆子新闻

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