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人民日报海外版|“中国天眼”已发现脉冲星240余颗 有力支撑高水平研究

发现脉冲星240余颗 有力支撑高水平研究
天眼问天 潜力无限
今年1月11日 ， 有中国天眼之称的中国500米口径球面射电望远镜(FAST)通过验收 ， 具备开放运行条件 。 而今 ， 中国天眼已正式运行超过300天 。
在稳定可靠运行的同时 ， FAST勤恳从事观测服务 。 国家天文台近日表示 ， FAST已发现脉冲星数量超过240颗 。 在天眼的帮助下 ， 中国科研团队迅速成为国际快速射电暴领域的核心研究力量 。
【人民日报海外版|“中国天眼”已发现脉冲星240余颗 有力支撑高水平研究】1
中国科学家取得一系列重大成果
成为射电暴领域的核心力量
在广袤的宇宙中 ， 经常出现短暂而猛烈的无线电波爆发 ， 持续时间通常仅有几毫秒 ， 却能够释放出相当于地球上几百亿年发电量的巨大能量 。 2007年 ， 天文学家首次发现了这样的毫秒电波——快速射电暴 ， 并对其展开了探索研究 。
谁发出了这样的电波？快速闪现的电波包含了什么信息？过去十几年 ， 各国天文学家一直在收集和分析信息 。 2017年 ， 天文学家捕获到一个毫秒无线电波爆发 ， 在几个小时内重复多次 。 利用世界多台大射电望远镜联合探测和定位 ， 终于将一个重复爆发的无线电快速闪现源定位到宇宙深处30亿光年之外的星系里 。
过去 ， 由于没有自己的大射电望远镜 ， 中国天文学家无法拿到第一手材料 。 在这一领域研究中 ， 大多只能从事理论研究 。 中国科学院院士、国家天文台台长常进说 。
随着中国天眼竣工、调试 ， 再到正式运行并对国内天文学家开放 ， 快速射电暴领域的中国力量迅速崛起 。
中国天眼聚光面积巨大 ， 电波收集能力超强 ， 是世界最灵敏的射电望远镜 。 其具有精密控制的变形能力 ， 能够聚焦和稳定跟踪天体 。 借助FAST的最新观测 ， 中国科学家取得一系列重大成果 。
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天文利器助力观测
终结射电爆发理论争锋
对于神秘的毫秒射电爆发 ， 此前的理论研究主要有两派观点——一种认为毫秒射电爆发是由粒子冲撞引起的 ， 另一种观点则认为它是粒子在强磁场中穿行产生的 。
国家天文台首席研究员韩金林说 ， FAST的观测结果直接终结了理论争锋 。 通过对11次射电爆发的高灵敏度偏振信号解析 ， 中国科研人员用直接的观测结果否定了粒子冲撞的理论 。
这个具有一锤定音意义的研究来自于北京大学教授、国家天文台研究员李柯伽团队 。 2019年 ， 该团队利用FAST探测到1例全世界仅有21例的快速射电暴重复爆发FRB180301 。
更大的惊喜来自于对11次爆发电波的高灵敏度偏振信号解析 。 李柯伽说 ， 过去世界上的望远镜仅对30多个爆发源中的几个记录了偏振信号 ， 能够详细研究的样本非常少 。 FAST装配的接收机偏振测量能力非常好 ， 观测的11个爆发信号中 ， 有7个毫秒闪现爆发能够很好地解析出其偏振 。
据李柯伽介绍 ， 这7个偏振不仅是变化的 ， 而且呈现出变化的多样性 。 这说明 ， 宇宙中的爆发源可能来自致密星体磁层中的物理过程 ， 而非来自粒子冲撞 。
今年8月 ， 北京师范大学林琳博士、北京大学张春风博士、国家天文台王培博士等联合研究团队 ， 利用FAST观测到银河系中有一颗已知磁星SRG1935+2154呈现出几十次伽马射线爆发 。 王培说 ， FAST的测量结果 ， 对研究快速射电暴的起源和物理机制将起到重要的推动作用 。
10月29日和11月4日 ， 上述两篇研究成果论文在《自然》杂志发表 。 在这一前沿领域的研究中 ， 中国科学家已走在了前列 。
有了大国利器 ， 我们在国际天文学领域的地位就不一样了 。 在射电天文学领域 ， 我们已经进入第一方队 。 中国科学院院士、FAST科学委员会主任武向平说 。
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寻找银河系外首颗射电脉冲星
测量技术应用前景广泛
正式服役近1年 ， FAST可以称得上是劳模 。 国家天文台公布的数据显示 ， FAST的观测服务超过5200个机时 ， 超过预期目标近两倍 ， 累计发现脉冲星数量超过240颗 ， 基于FAST数据发表的高水平论文达到40余篇 。
目前 ， FAST发现的脉冲星中 ， 包括被称作黑寡妇的新脉冲双星系统以及有红背蜘蛛之称的具有掩食现象的毫秒脉冲双星 。 借助FAST的高灵敏度 ， 脉冲星信号掩食现象以及脉冲星信号到达时间延迟等细节变化 ， 都被清晰观测到 。
武向平说 ， 期望在未来5年 ， FAST发现脉冲星数量能达到1000颗 ， 甚至能找到银河系外的第一颗射电脉冲星 。
随着性能的提升 ， FAST科学潜力逐步显现 。 其灵敏度是全球第二大单口径射电望远镜的2.5倍以上 ， 超强灵敏度使其在射电瞬变源方面具有重大潜力 ， 有望在短时间内实现纳赫兹的引力波探测 。 同时它还有能力将我国深空探测及通讯能力延伸至太阳系边缘 ， 满足国家重大战略需求 。
FAST的先进测量技术远不止于望远镜本身 ， 在其他领域有重要的应用前景 。 国家天文台研究员、FAST总工程师姜鹏介绍 ， 在高精度地矿勘探方面 ， FAST可以利用惯性组件与卫星导航融合技术 ， 为重力测量提供高精度的位置和方位姿态基准；在海洋测绘中 ， 采用惯性组件与声纳等测量技术融合 ， 实现海底测绘 ， 为勘探区作业的机器设备建立高精度的时空和姿态基准 。
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观测申请竞争激烈
明年将向全世界开放
天天摸着望远镜做观测的人 ， 才能发现前沿的问题 。 只有拥有自己的大望远镜 ， 才能从观测角度做出更多原创的、世界领先的成果 。
1993年 ， 包括中国在内的10个国家的天文学家提出建造新一代射电望远镜的倡议 。 活跃在国际天文界的南仁东毅然回国 ， 力主中国独立建造自己的大望远镜 。
此后 ， 从1994年开始选址和预研究 ， 到2016年9月正式启用 ， 再到今年年初正式开放运行 。 中国天眼从预研到完成花费了26年的时间 ， 近百名科研工作者前赴后继投入到项目之中 ， 终于实现了从无到有、全球领先的天眼之梦 。
在工程建设方面 ， FAST实现了多项自主创新 ， 显著推动了我国相关产业技术的革新与发展 。 FAST的全新设计理念开创了建造巨型望远镜的新模式 。 多年来 ， 工程团队开展了一系列的技术攻关 ， 克服了力学、测量、控制、材料、大尺度结构等诸多技术难题 ， 所有技术指标均达到设计要求 。
FAST的反射面相当于30个足球场 ， 是世界最灵敏的射电望远镜 ， 大大拓展人类的视野 ， 也使中国的天文学家终于有机会走上世界科学研究的最前沿 。
今年2月 ， 在新冠肺炎疫情严峻之时 ， FAST团队克服困难 ， 正式启动科学委员会遴选出的5个优先和重大项目 ， 近百名科学家开始使用并处理FAST的科学数据 。 4月 ， 时间分配委员会开始向国内天文界征集自由申请项目 ， 目前已经接到170余份申请 ， 其中外部用户的比例高达95.7% 。
FAST观测竞争激烈、一测难求 。 国家天文台台长、中科院院士常进介绍 ， 目前望远镜收到的申请共约5500个小时 ， 但实际获得批准的仅有1500个机时 ， 即只有不到30%的申请时间能够得到支持 。
尽管观测供不应求 ， 但FAST仍将面向全球科学家持续开放 ， 让中国天眼成为天文领域的世界之眼 。
未来10年 ， 中国将迎来射电天文发展的黄金时期 。 武向平说 ， 为了发挥更大的科学价值 ， 计划明年将FAST向全世界科学家开放使用 ， 一起为探索宇宙的奥秘、推动人类文明的进步作贡献 ， 构建人类命运共同体 。
刘 峣


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