FAST望遠(yuǎn)鏡在滿天繁星下呈現(xiàn)出的美麗景觀。 新華社發(fā)

 

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)10月10日宣布，被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了多顆脈沖星，這是我國(guó)天文望遠(yuǎn)鏡首次發(fā)現(xiàn)脈沖星。

FAST工程副總工程師李菂稱，F(xiàn)AST調(diào)試進(jìn)展超過(guò)預(yù)期，并已開始系統(tǒng)的科學(xué)產(chǎn)出。目前已經(jīng)探測(cè)到數(shù)十個(gè)優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體，其中6顆通過(guò)國(guó)際認(rèn)證。

脈沖星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(XPNAV)相關(guān)負(fù)責(zé)人向新京報(bào)記者解釋，脈沖星的研究將有助于我們理解宇宙的起源，并為航天器星際航行提供精確導(dǎo)航。而前不久離世的FAST總工程師兼首席科學(xué)家南仁東則說(shuō)過(guò)，這只巨大的“天眼”，甚至能搜尋可能存在的星外文明。

 

研究脈沖星有助獲得重大物理學(xué)答案

 

脈沖星是一種高速自轉(zhuǎn)的中子星，由恒星演化和超新星爆發(fā)產(chǎn)生。它的密度極高，每立方厘米重達(dá)上億噸。脈沖星自轉(zhuǎn)速度很快、自轉(zhuǎn)周期精確，是宇宙中最精準(zhǔn)的時(shí)鐘。正因如此，脈沖星會(huì)發(fā)射一斷一續(xù)的周期性脈沖信號(hào)，就好比轉(zhuǎn)動(dòng)的燈塔發(fā)出忽明忽暗的光。

這一特殊“本領(lǐng)”，讓脈沖星在計(jì)時(shí)、引力波探測(cè)、廣義相對(duì)論檢驗(yàn)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。李菂說(shuō)，脈沖星具有在地面實(shí)驗(yàn)室無(wú)法實(shí)現(xiàn)的極端物理性質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行研究有望得到許多重大物理學(xué)問(wèn)題的答案。

據(jù)中科院科普公眾號(hào)“科學(xué)大院”介紹，對(duì)脈沖星進(jìn)行觀測(cè)，不僅能夠研究脈沖星自身的極端物理狀態(tài)，還能對(duì)星際介質(zhì)、銀河系磁場(chǎng)、引力波等目標(biāo)進(jìn)行研究。

50年來(lái)， 天文學(xué)家已經(jīng)觀測(cè)到2700多顆各種類型的脈沖星。因?yàn)槊}沖星的特殊性，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)兩度授予了與脈沖星有關(guān)的發(fā)現(xiàn)(1974年度，發(fā)現(xiàn)第一個(gè)脈沖星;1993年度，發(fā)現(xiàn)第一個(gè)雙星系統(tǒng)中的脈沖星，并利用它很好地驗(yàn)證了引力波輻射理論)。

 

6顆被確認(rèn) 未來(lái)有望發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星

 

國(guó)家天文臺(tái)介紹，F(xiàn)AST已經(jīng)探測(cè)到了數(shù)十個(gè)優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體。經(jīng)過(guò)國(guó)際合作，例如利用澳大利亞64米Parkes望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)認(rèn)證，首批認(rèn)證了兩顆脈沖星：一顆編號(hào)J1859-0131(又名FP1-FAST pulsar #1)，自轉(zhuǎn)周期為1.83秒，據(jù)估算距離地球1.6萬(wàn)光年；一顆編號(hào)J1931-01(又名FP2)，自轉(zhuǎn)周期0.59秒，據(jù)估算距離地球約4100光年，兩顆脈沖星分別于今年8月22日、25日發(fā)現(xiàn)。

另有4顆脈沖星也通過(guò)了國(guó)際射電天文臺(tái)認(rèn)證，具體參數(shù)結(jié)果還在分析中。

宇宙中有大量脈沖星，但由于其信號(hào)暗弱，易被人造電磁干擾淹沒，目前只觀測(cè)到一小部分。國(guó)家天文臺(tái)表示，具有極高靈敏度的FAST望遠(yuǎn)鏡是發(fā)現(xiàn)脈沖星的理想設(shè)備，未來(lái)有望發(fā)現(xiàn)更多守時(shí)精準(zhǔn)的毫秒脈沖星。

 

研究宇宙起源、發(fā)展星際導(dǎo)航

 

脈沖星的自轉(zhuǎn)周期極其穩(wěn)定，準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)為引力波探測(cè)、航天器導(dǎo)航等重大科學(xué)及技術(shù)應(yīng)用提供了理想工具。“脈沖星的研究有助于我們了解中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輻射機(jī)制，”脈沖星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(XPNAV)相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，“中子星是恒星死亡的遺跡，知道其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輻射機(jī)制，就可以知道恒星和宇宙的演化，從而推測(cè)恒星的過(guò)去、現(xiàn)在，甚至預(yù)測(cè)未來(lái)。”

該負(fù)責(zé)人介紹，目前公布的兩顆脈沖星自轉(zhuǎn)周期都是秒級(jí)的，如果后續(xù)能夠發(fā)現(xiàn)毫秒級(jí)的脈沖星，有望用于航天器導(dǎo)航。

“就像我們?cè)诘孛嫘枰獙?dǎo)航，航天器在宇宙中就像汪洋中的船，更需要導(dǎo)航，比如指引它們?nèi)セ鹦堑绕渌乔颉！痹撠?fù)責(zé)人說(shuō)，目前航天器導(dǎo)航是通過(guò)地面發(fā)射電磁波實(shí)現(xiàn)的，未來(lái)利用脈沖星可以實(shí)現(xiàn)航天器在宇宙間自主導(dǎo)航，導(dǎo)航精度也可能更高。另外，脈沖星的研究也有望對(duì)探測(cè)引力波做出原創(chuàng)貢獻(xiàn)。

去年11月10日，我國(guó)發(fā)射脈沖星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。當(dāng)時(shí)報(bào)道稱，脈沖星導(dǎo)航技術(shù)成功以后，可以對(duì)衛(wèi)星的位置進(jìn)行跟蹤測(cè)量，屆時(shí)將長(zhǎng)時(shí)間不再需要地面測(cè)控站的測(cè)量。

 

■ 延展

繼續(xù)調(diào)試兩年面向國(guó)內(nèi)外學(xué)者開放

國(guó)家天文臺(tái)曾表示，F(xiàn)AST能夠接收到137億光年以外的電磁信號(hào)，觀測(cè)范圍“可達(dá)宇宙邊緣”。與世界著名的德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST的靈敏度提高了約10倍；與美國(guó)阿雷西博350米望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST的綜合性能也提高了約10倍。

FAST落成時(shí)，因脈沖星研究獲得1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的約瑟夫·泰勒曾親赴現(xiàn)場(chǎng)，“這是世界一流的望遠(yuǎn)鏡，期待它能給人類帶來(lái)更多重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。”他說(shuō)。

昨天，澳大利亞Parkes望遠(yuǎn)鏡科學(xué)主管喬治·霍布斯在成果發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)表示，F(xiàn)AST逐漸產(chǎn)出成果，是目前國(guó)際天文學(xué)界最激動(dòng)人心的事件之一。

國(guó)家天文臺(tái)表示，接下來(lái)的兩年FAST將繼續(xù)調(diào)試，通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，面向國(guó)內(nèi)外學(xué)者開放。同時(shí)進(jìn)一步驗(yàn)證、優(yōu)化科學(xué)觀測(cè)模式，催生天文發(fā)現(xiàn)，力爭(zhēng)早日成為世界一流水平望遠(yuǎn)鏡設(shè)備。

FAST總工程師兼首席科學(xué)家南仁東生前曾說(shuō)，借助這只巨大的“天眼”，科研人員可以窺探星際之間互動(dòng)的信息，觀測(cè)暗物質(zhì)，測(cè)定黑洞質(zhì)量，甚至搜尋可能存在的星外文明。

■ 背景

FAST以前中國(guó)望遠(yuǎn)鏡未見脈沖星

1967年，科學(xué)家在行星際閃爍觀測(cè)研究中，偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的射電脈沖源，其周期非常穩(wěn)定，每隔1.3373秒記錄一次脈沖信號(hào)，科學(xué)家將其取名為脈沖星。

脈沖星屬于高速自轉(zhuǎn)的中子星，最快轉(zhuǎn)動(dòng)的周期能達(dá)到毫秒量級(jí)，是除黑洞外密度最大的天體。所以，脈沖星可以作為天然實(shí)驗(yàn)室，檢驗(yàn)極端物理環(huán)境下的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。比如驗(yàn)證強(qiáng)引力場(chǎng)的愛因斯坦廣義相對(duì)論效應(yīng)，以及引力波等現(xiàn)象。

FAST去年9月25日在貴州省平塘縣的喀斯特洼坑中落成。FAST工程由我國(guó)天文學(xué)家于1994年提出構(gòu)想，從預(yù)研到建成歷時(shí)22年，由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)主導(dǎo)建設(shè)，是具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。

FAST核心科學(xué)目標(biāo)就是搜尋和發(fā)現(xiàn)射電脈沖星。人類迄今已發(fā)現(xiàn)2700余顆脈沖星。但在FAST問(wèn)世以前，中國(guó)望遠(yuǎn)鏡從未捕捉到新的脈沖星。

“中國(guó)天眼”首次發(fā)現(xiàn)多顆脈沖星

圖文簡(jiǎn)介

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)10月10日宣布，被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了多顆脈沖星，這是我國(guó)天文望遠(yuǎn)鏡首次發(fā)現(xiàn)脈沖星。