已發(fā)現(xiàn)八百余顆新脈沖星 “中國天眼”成觀天利器
已發(fā)現(xiàn)八百余顆新脈沖星
“中國天眼”成中低頻射電領(lǐng)域觀天利器
◎?qū)嵙?xí)記者 周思同
近日,我國天文學(xué)家利用“中國天眼”(即500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡,英文簡(jiǎn)稱FAST)發(fā)現(xiàn)了脈沖星輻射新形態(tài)——矮脈沖輻射,并揭示了脈沖星輻射瀕臨熄滅時(shí)其磁層結(jié)構(gòu)基本不變的物理事實(shí)。這一成果的發(fā)表,為“中國天眼”的“成績(jī)單”再添一筆。中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員、“中國天眼”總工程師姜鵬告訴記者,擁有著高定位精度、高靈敏度的“中國天眼”,已成為我國天文學(xué)研究不可或缺的助力。
賦能高質(zhì)量科學(xué)研究
據(jù)了解,當(dāng)前“中國天眼”已進(jìn)入成果爆發(fā)期,今年以來發(fā)布多個(gè)重要成果。
6月21日,國際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了“中國天眼”取得的一項(xiàng)重要成果。該成果研究團(tuán)隊(duì)利用“中國天眼”發(fā)現(xiàn)了一個(gè)其軌道周期僅為53分鐘的脈沖星雙星系統(tǒng),這也是目前發(fā)現(xiàn)軌道周期最短的脈沖星雙星系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn),填補(bǔ)了蜘蛛類脈沖星系統(tǒng)演化模型的重要缺失環(huán)節(jié),有助于人類進(jìn)一步理解蜘蛛類脈沖星的形成和演化機(jī)制?!蹲匀弧菲诳瘜徃迦嗽u(píng)價(jià)稱,該成果發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常有趣的脈沖星雙星系統(tǒng),使得脈沖星雙星系統(tǒng)的軌道周期最短紀(jì)錄縮短了約30%,預(yù)示著蜘蛛類脈沖星演化中存在新的未知過程。
此外,利用“中國天眼”,由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)等單位的科研人員組成的中國脈沖星測(cè)時(shí)陣列(CPTA)研究團(tuán)隊(duì)還探測(cè)到了納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)。在此項(xiàng)研究中,CPTA研究團(tuán)隊(duì)利用“中國天眼”對(duì)57顆毫秒脈沖星進(jìn)行了長(zhǎng)期系統(tǒng)性監(jiān)測(cè),基于獨(dú)立開發(fā)的軟件,對(duì)時(shí)間跨度為3年5個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究,在4.6西格瑪置信度水平(即誤報(bào)率小于五十萬分之一)上發(fā)現(xiàn)了具有納赫茲引力波特征的四極相關(guān)信號(hào)的證據(jù)。未來通過研究納赫茲引力波,人們可以研究廣義相對(duì)論在極端條件下的適用性、推斷宇宙中黑洞的演化歷史,并有可能發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象。這一成果的發(fā)表,在天文學(xué)領(lǐng)域具有重大意義,繼續(xù)保持了我國在低頻射電天文學(xué)方面的國際領(lǐng)先地位。
截至目前,“中國天眼”已發(fā)現(xiàn)800余顆新脈沖星,基于“中國天眼”的數(shù)據(jù)在《自然》(含子刊)、《科學(xué)》(含子刊)雜志上發(fā)表的高水平研究論文已達(dá)16篇,其中多項(xiàng)成果分別入選了《自然》評(píng)選的“2020年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)”、《科學(xué)》評(píng)選的“2020年十大科學(xué)突破”,以及2021年度和2022年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”,并有三項(xiàng)研究成果入選美國天文學(xué)會(huì)亮點(diǎn)研究成果。
自主創(chuàng)新奠定技術(shù)優(yōu)勢(shì)
“中國天眼”能取得諸多成果,離不開其在技術(shù)上的優(yōu)越性。姜鵬表示,“中國天眼”具有自主的技術(shù)創(chuàng)新。
“第一,‘中國天眼’采用了主動(dòng)變形的反射面,可以在局部形成一個(gè)拋物面,從而改變球差,保證了望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)帶寬。如果用其他方式,比如線饋這種方式,會(huì)影響到望遠(yuǎn)鏡的帶寬。”姜鵬說,反射面所具備的主動(dòng)變位功能,令其可以在觀測(cè)過程中實(shí)現(xiàn)由球面到拋物面的連續(xù)變位。與先前的射電望遠(yuǎn)鏡相比,“中國天眼”不但更大而且更加靈活,它可利用自身反射面的不同區(qū)域形成瞬時(shí)拋物面,進(jìn)而通過小型饋源裝置獲取來自天空不同區(qū)域的信號(hào),這更有利于它追蹤移動(dòng)天體。這一技術(shù)的應(yīng)用,大幅提高了“中國天眼”的天空覆蓋范圍和靈敏度,使其能夠接收到更加微弱的射電信號(hào),探測(cè)更寬廣的宇宙深空。
“第二,‘中國天眼’采用了輕量化的饋源支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì),這可以減少支撐結(jié)構(gòu)本身對(duì)反射面的遮擋,讓更多的電磁波通過反射面匯聚到望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部,形成更大的信號(hào),從而提升天線的收集效率?!苯i說。據(jù)了解,這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)以6根大跨度的柔索驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案代替美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的剛性背架支撐結(jié)構(gòu)方案,以柔性結(jié)構(gòu)代替剛性結(jié)構(gòu),使結(jié)構(gòu)形式大大簡(jiǎn)化,實(shí)現(xiàn)了饋源的毫米級(jí)動(dòng)態(tài)定位精度。
“在中低頻射電領(lǐng)域,‘中國天眼’目前的成果數(shù)量還是比較突出的。天文學(xué)是一個(gè)發(fā)現(xiàn)學(xué)科,想要發(fā)表成果,就不能重復(fù)別人做過的東西、必須要去解決新的問題?!袊煅邸鶕碛械囊幌盗刑匦?,使得它解決了許多其他望遠(yuǎn)鏡不太容易解決的問題,從而催生出一系列成果?!苯i表示,在未來幾年內(nèi),“中國天眼”依舊會(huì)在中低頻射電領(lǐng)域保持國際領(lǐng)先地位,也會(huì)持續(xù)產(chǎn)出更多的天文學(xué)成果。
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