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“中國天眼”助解天文謎題

時間:2022-03-24 09:56:53 來源:人民日報海外版

“中國天眼”饋源艙

  新華社記者 歐東衢攝

“中國天眼”全景

  新華社記者 歐東衢攝

  在廣袤的宇宙中,經常出現短暫而猛烈的無線電波爆發,持續時間通常僅有幾毫秒,卻能夠釋放出相當于地球上幾百億年發電量的巨大能量。2007年,天文學家首次發現了這樣的毫秒電波——快速射電暴,并對其展開了探索研究。通過快速射電暴周邊環境的復雜程度,科學家可以確定其所處的演化階段,并揭開快速射電暴的起源之謎。

  過去,由于沒有自己的大射電望遠鏡,在這一領域中,中國科學家大多只能從事理論研究。隨著“中國天眼”——500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)正式運行,快速射電暴領域的中國力量迅速崛起,研究成果頻出。近日,中國科研團隊通過“中國天眼”觀察并計算出快速射電暴的起源證據,并于3月18日刊登于國際權威學術期刊《科學》雜志。

  為確定快速射電暴起源提供關鍵證據

  據了解,目前天文學家能夠觀測到的95%左右的快速射電暴都是只出現一次便銷聲匿跡。2017年,天文學家捕獲到一個毫秒無線電波爆發,在幾個小時內重復多次。利用世界多臺大射電望遠鏡聯合探測和定位,終于將一個重復爆發的無線電快速閃現源定位到宇宙深處30億光年之外的星系里。

  之江實驗室研究專家馮毅表示,快速射電暴的起源有眾多理論模型,但缺乏觀測證據。中國科研團隊的研究通過關鍵觀測證據證明,重復快速射電暴處在類似超新星遺跡的復雜環境中。

  中國天眼首席科學家、中科院國家天文臺研究員李菂說,基于FAST等多項數據,中國科研團隊首次提出了一種描述快速射電暴周邊環境復雜程度的方法,創新性地利用偏振頻率演化關系研究快速射電暴周邊環境,通過偏振觀測確定其可能的演化階段,為最終確定快速射電暴起源提供關鍵觀測證據。

  李菂表示,這項工作充分結合了“中國天眼”的高靈敏度優勢和國際熱點前沿的豐富觀測資源。依托“中國天眼”FAST、美國綠岸望遠鏡GBT、加拿大CHIME望遠鏡和澳大利亞平方公里陣列先導陣ASKAP等全球先進射電望遠鏡,中國研究團隊測量了5個快速射電暴,加上對國際最新研究結果的總結,共獲得21個快速射電暴樣本。其中,樣本中的重復快速射電暴均滿足研究團隊提出的理論解釋。

  “‘中國天眼’的持續深度監測結合其他先進設備,有望在未來回答關于快速射電暴起源的一系列關鍵問題?!崩钋呎f。

  拉開中國射電大科學裝置從追趕到超越的序幕

  快速射電暴的起源和產生機制是當今天文學最大的謎題之一。李菂表示,對于快速射電暴這種神秘現象的研究,可能對物理學和天文學產生革命性影響。

  觀測快速射電暴,“中國天眼”很有優勢?!爸袊煅邸本酃饷娣e巨大,電波收集能力超強,是世界最靈敏的射電望遠鏡,其具有精密控制的變形能力,能夠聚焦和穩定跟蹤天體。借助“中國天眼”的觀測,中國科學家近年來在快速射電暴研究領域取得一系列重大成果。

  2020年,中國科學家一篇關于快速射電暴的研究成果入選《自然》和《科學》雜志年度十大科學發現。北京師范大學林琳、北京大學張春風、國家天文臺王培等聯合研究團隊利用“中國天眼”觀測到銀河系中有一顆已知磁星SRG1935+2154呈現出幾十次伽馬射線爆發,這是人類首次在銀河系內觀測到快速射電暴。

  2021年,一篇關于“中國天眼”捕獲世界最大快速射電暴樣本的研究成果入選2021年度中國科學十大進展。國家天文臺李菂、王培、朱煒瑋領導的國際合作團隊利用“中國天眼”對快速射電暴FRB121102進行觀測,在約50天內探測到1652次爆發事件,超過此前本領域所有文章發表的爆發事件總量,首次揭示了快速射電暴的完整能譜及其雙峰結構。

  目前,“中國天眼”已經成為中低頻射電天文領域的觀天利器?!癋AST以其‘歷史最強’的絕對靈敏度,在射電探測源方面具有重大潛力,拉開了中國射電大科學裝置從追趕到超越、一覽宇宙千里江山的序幕?!蓖跖嗾f。

  開放共享,深化人類對宇宙的認知

  “中國天眼”正式運行兩年多來,運行效率和質量不斷提高,年觀測時長超過5300小時,遠超國際同行預期的工作效率,為科學產出起到重要支撐作用。

  事實上,不僅是在射電天文領域,“中國天眼”已在多個研究方向產出科學成果,深化著人類對宇宙認知。

  2021年,FAST中性氫譜線測量星際磁場取得重大進展,為解決恒星形成三大經典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據;“銀道面脈沖星快照巡天”項目持續發現毫秒脈沖星,不到兩年發現了279顆脈沖星,超過了美國阿雷西博望遠鏡15年的搜尋結果;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制的新途徑。

  去年3月31日,FAST正式向全球開放共享,向全球天文學家征集觀測申請。中國科學家與國際科學界攜手探索浩瀚宇宙,共創人類美好未來。目前,已有來自14個國家(不含中國)的27份國際項目獲得批準,并于2021年8月啟動科學觀測。

  中國科學院副院長、黨組成員周琪說,FAST運行更加穩定,效率進一步提升,快速射電暴、脈沖星、中性氫宇宙等科研成果不斷涌現。一系列的工作和成果表明,“中國天眼”已經進入到多出成果、出好成果的新階段。


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編輯: 喬嬌閣
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