“中國天眼”睜眼“看見”2顆脈沖星

2017-10-11 09:47 新華每日電訊責任編輯：周冬

摘要：澳大利亞科學及工業研究院Parkes望遠鏡科學主管喬治·霍布斯說,“天眼”的調試以及逐漸產出成果,是目前國際天文學界最激動人心的事件之一。

新華社北京10月10日電(記者董瑞豐、齊健)4100光年,1.6萬光年。坐落在貴州群山之中的“中國天眼”,剛一“睜眼”就“看見”了離地球如此遙遠的2顆脈沖星。

10日,中國科學院國家天文臺宣布,500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)經過一年緊張調試,已實現指向、跟蹤、漂移掃描等多種觀測模式的順利運行,并確認多顆新發現脈沖星。

脈沖星家族首次有了“中國星”

這是我國的天文設備第一次發現脈沖星,實現了該領域“零的突破”。自1967年發現第一顆脈沖星以來,過去的50年里,人類發現的脈沖星家族至少有2700個成員了。

國家天文臺公布了這2顆脈沖星的具體信息:前者自轉周期為1.83秒,距離地球約1.6萬光年,后者自轉周期為0.59秒,距離地球約4100光年,分別由“中國天眼”于今年8月22日、25日在南天銀道面通過漂移掃描發現。

這只是“中國天眼”的部分發現。“天眼”工程副總工程師李菂介紹,“天眼”調試進展超過預期,目前已探測到數十個優質脈沖星候選體,其中6顆通過國際認證。

據科學家介紹,脈沖星是一種高速自轉的中子星,由恒星演化和超新星爆發產生。它的密度極高,每立方厘米重達上億噸,一塊方糖大小就相當于地球上一萬艘萬噸巨輪的重量。脈沖星自轉速度很快、自轉周期精確,是宇宙中最精準的時鐘。正因如此,脈沖星會發射一斷一續的周期性脈沖信號,就好比轉動的燈塔發出忽明忽暗的光。

這一特殊“本領”,讓脈沖星在計時、引力波探測、廣義相對論檢驗等領域具有重要應用。李菂說,脈沖星具有在地面實驗室無法實現的極端物理性質,對其進行研究有望得到許多重大物理學問題的答案。譬如,脈沖星的自轉周期極其穩定,準確的時鐘信號為引力波探測、航天器導航等重大科學及技術應用提供了理想工具。

“通過對快速旋轉的射電脈沖星進行長期監測,選取一定數目的脈沖星組成計時陣列,就可以探測來自超大質量雙黑洞等天體發出的低頻引力波。”李菂說。

澳大利亞科學及工業研究院Parkes望遠鏡科學主管喬治·霍布斯說,“天眼”的調試以及逐漸產出成果,是目前國際天文學界最激動人心的事件之一。

調試一年就出成果,告慰“天眼之父”南仁東

“天眼”的最初構想來自已故天文學家南仁東。從1994年提出設想,到2016年正式啟用,22年間,南仁東和他的團隊全力推動著這個看似不可思議的世界級項目。

設計和結構均無先例可循,“天眼”前期調試遇到巨大困難。“天眼”工程總工藝師王啟明說,各系統一開始專注于設備跟蹤維護,系統內調試看起來都沒問題,但各系統聯調后,系統間的通信、算法的統一、安全協調等一系列問題逐步暴露出來。

聯調期間,“天眼”人的工作狀態基本上是白天分頭干活,晚上集中開會商討,連夜改程序,第二天又接著試新方案,反復調到最優。在“天眼”落成啟用后的380個日日夜夜里,除非停電,總控機房總是二十四小時無休。白天,工程團隊和施工方的人員集中進行調試；晚上,科研人員會把面型固定好,讓其指向一個特定的天區,通過地球自轉,讓天空從望遠鏡上方漂移掃描過去。

李菂說,漂移掃描方式在脈沖星搜索上很少被運用,但調試期間只能用這種方式,為此,科研人員不僅需要重新設計軟件,數據處理上也要付出更多勞動,但最終結果是令人振奮的,“天眼”每次掃描都能獲得一到兩個高質量的脈沖星候選體。

國家天文臺研究員、“天眼”工程副經理彭勃說,國外同類大型射電望遠鏡建成后一般需要3年至5年的調試階段,而“天眼”調試了一年就獲得了初步成果。

“天眼”會尋找“外星人”,將主導未來宇宙天圖

中外科學家都期待“天眼”的發現從量變轉為質變。“天眼”若能第一個捕獲河外星系脈沖星,將具有開創性意義。李菂和他的研究小組已經在為觀測河外星系脈沖星做技術上的準備,最早于明年初會進行嘗試。

首位發現脈沖星的天文學家喬瑟琳·貝爾今年早些時候參觀了“中國天眼”,她期待這座世界最大的射電望遠鏡能發現更多微弱、遙遠、獨特的脈沖星,包括發現圍繞黑洞旋轉的脈沖星。

對于觀測范圍可達已知宇宙邊緣的“天眼”來說,發現脈沖星只是使命之一,未來,它還將在中性氫觀測、譜線觀測、尋找可能的星際通訊信號等方面大放異彩。

宇宙大爆炸學說認為,中性氫是宇宙中幾乎與大爆炸同齡的“老人家”,觀測和研究中性氫的分布,能幫助科學家進一步弄清銀河系和河外星系的結構,解開宇宙大爆炸等宇宙起源和演化之謎。“‘中國天眼’將通過巡視宇宙中的中性氫,繪制出最新最大的標準宇宙天圖。”國家天文臺“天眼”項目高級博士后Marko　Krco(馬可)說。

“中國天眼”甚至還能“監聽”宇宙中可能存在的外星文明發出的無線電波。澳大利亞科學及工業研究院Parkes望遠鏡科學主管喬治·霍布斯說,Parkes望遠鏡目前有20%的時間分配給了“尋找外星人”,但仍一無所獲,“中國天眼”看得更遠,說不定將來會有令人振奮的消息。

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