圖為FAST夜空中快速射電暴的閃爍示意圖（視頻截圖）。
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)供圖
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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；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)表的射電暴爆發(fā)事件總量……正式驗(yàn)收近兩年，“中國(guó)天眼”取得一批重要科研成果，亮出一份不俗的成績(jī)單。未來，“中國(guó)天眼”的科學(xué)潛力還將進(jìn)一步顯現(xiàn)。
被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）正式驗(yàn)收至今已近兩年?！爸袊?guó)天眼”運(yùn)行效率和質(zhì)量不斷提高，年觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)超過5300小時(shí)，已遠(yuǎn)超國(guó)際同行預(yù)期的工作效率，為其科學(xué)產(chǎn)出起到重要支撐作用。1月5日，中國(guó)科學(xué)院發(fā)布消息，2021年，科學(xué)家依托“中國(guó)天眼”又取得了一批重要科研成果。
為解決恒星形成三大經(jīng)典問題之一提供重要觀測(cè)證據(jù)
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。
國(guó)家天文臺(tái)慶道沖、李菂領(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，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(cè)證據(jù)。
該成果論文于北京時(shí)間1月6日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志以封面文章形式發(fā)表。
“‘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—4倍。”“中國(guó)天眼”運(yùn)行和發(fā)展中心首席科學(xué)家、論文作者李菂說，“這個(gè)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。此成果也有望將中性氫窄線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?！?/p>
在揭示快速射電暴基礎(chǔ)物理機(jī)制方面取得重大進(jìn)展
快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，爆發(fā)時(shí)間僅持續(xù)幾毫秒，最初于2007年被發(fā)現(xiàn)，疑似為來自河外星系的脈沖信號(hào)。發(fā)現(xiàn)之初，學(xué)界對(duì)于其真實(shí)性還有所懷疑，直到2013年更多此類現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，才逐步得到認(rèn)可和廣泛的關(guān)注，并被正式定名為快速射電暴。因起源與物理機(jī)制完全未知，成為當(dāng)今天體物理領(lǐng)域最大熱點(diǎn)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)現(xiàn)象。FRB121102是人類所知的第一個(gè)重復(fù)暴，在2017年成為首個(gè)被精確定位、能夠確認(rèn)其宿主星系的快速射電暴。
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)FRB121102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，超過此前本領(lǐng)域所有文章發(fā)表的射電暴爆發(fā)事件總量。
科研人員分析樣本后，首次揭示了快速射電暴爆發(fā)率的完整能譜，發(fā)現(xiàn)了雙峰結(jié)構(gòu)，排除了此快速射電暴爆發(fā)的周期性或準(zhǔn)周期性，嚴(yán)格限制了重復(fù)FRB來自單一致密天體的可能。這是揭示快速射電暴基礎(chǔ)物理機(jī)制的重大進(jìn)展。該成果論文于2021年10月14日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志發(fā)表。
此外，“中國(guó)天眼”多科學(xué)目標(biāo)巡天已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少6例新快速射電暴，正為揭示這一現(xiàn)象的機(jī)制、推進(jìn)這一領(lǐng)域發(fā)展做出獨(dú)特貢獻(xiàn)。
持續(xù)發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星，開展多波段合作觀測(cè)
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。因此，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。截至目前，“中國(guó)天眼”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。
“中國(guó)天眼”配備19波束L波段接收機(jī)，是目前世界上最強(qiáng)大的脈沖星搜尋利器。國(guó)家天文臺(tái)韓金林領(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”在不到兩年時(shí)間，累計(jì)觀測(cè)了約620個(gè)機(jī)時(shí)，完成了計(jì)劃搜尋天區(qū)的8%。截至目前，僅該項(xiàng)目就新發(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。該工作執(zhí)行1年半，所發(fā)現(xiàn)的脈沖星數(shù)已經(jīng)超越美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡15年的搜尋結(jié)果。相關(guān)論文于2021年5月在國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)期刊《天文和天體物理學(xué)研究》發(fā)表。
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”與重要空間天文設(shè)施費(fèi)米伽馬射線天文臺(tái)大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡相結(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。國(guó)家天文臺(tái)李菂、王培領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了多顆脈沖星，并開展了多波段觀測(cè)分析。相關(guān)成果于2021年12月在國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)期刊《中國(guó)科學(xué)》上以封面及編輯點(diǎn)評(píng)文章形式發(fā)表。
李菂說：“多波段合作觀測(cè)不僅開啟了‘中國(guó)天眼’脈沖星搜索新方向，而且打開了研究脈沖星電磁輻射機(jī)制的新途徑，為研究中子星星族演化和探測(cè)引力波提供更多樣本?！?/p>
未來考慮1%觀測(cè)時(shí)間向中小學(xué)生開放
科技創(chuàng)新離不開國(guó)際合作和開放共享?！爸袊?guó)天眼”在建設(shè)之初，即確立了按國(guó)際慣例逐步開放的原則。2021年3月31日0時(shí)，“中國(guó)天眼”正式向全球開放共享，向全球天文學(xué)家征集觀測(cè)申請(qǐng)。
中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)周琪說：“一年來，中國(guó)科學(xué)院全力做好‘中國(guó)天眼’開放運(yùn)行和科學(xué)研究工作。第一時(shí)間成立了‘中國(guó)天眼’科學(xué)委員會(huì)、時(shí)間分配委員會(huì)和用戶委員會(huì)，統(tǒng)籌規(guī)劃科學(xué)方向、遴選重大項(xiàng)目、制定數(shù)據(jù)開放政策等，充分發(fā)揮‘中國(guó)天眼’科學(xué)效能，促進(jìn)重大科學(xué)成果產(chǎn)出?！?/p>
據(jù)“中國(guó)天眼”運(yùn)行和發(fā)展中心常務(wù)副主任、總工程師姜鵬介紹，此次征集共收到來自不同國(guó)家共7216小時(shí)的觀測(cè)申請(qǐng)，最終14個(gè)國(guó)家（不含中國(guó)）的27份國(guó)際項(xiàng)目獲得批準(zhǔn)，并于2021年8月啟動(dòng)科學(xué)觀測(cè)。
隨著性能的提升，“中國(guó)天眼”的科學(xué)潛力還將進(jìn)一步顯現(xiàn)，成果還將不斷涌現(xiàn)。中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)家天文臺(tái)研究員武向平說：“未來，F(xiàn)AST還將搜尋發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星，希望能看到更遙遠(yuǎn)的銀河系外的脈沖星。同時(shí)繼續(xù)巡視宇宙中的中性氫，幫助科學(xué)家研究宇宙大尺度物理學(xué)，以探索宇宙起源和演化等。”
武向平還透露，“中國(guó)天眼”正在考慮拿出1%的觀測(cè)時(shí)間對(duì)全國(guó)的中小學(xué)生開放?！爸行W(xué)生可以提出好的科學(xué)想法，由專業(yè)天文學(xué)家?guī)椭麄儊韺?shí)現(xiàn)。”
制圖：汪哲平
《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2022年01月06日 12 版）
