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这一研究成果的论文,已于北京时间2020年10月29日凌晨发表于《自然》杂志 。
揭开宇宙毫秒无线电爆发新物理
2020年4月,FAST望远镜迎来了一位新的使用者——北京师范大学讲师林琳 。她也是FAST望远镜近期另一篇《自然》论文的第一作者 。
林琳及其所在的团队,提出了对银河系磁星SGR J1935+2154软伽马射线重复暴源的观测申请 。FAST望远镜对此进行了持续监测 。
然而,在该磁星的X、软伽马射线爆发活跃期,特别是29个软伽马射线暴对应的精确时间节点上,FAST望远镜并未探测到任何源射电辐射 。
“这在一定程度上说明,宇宙中致密天体不同波段的爆发时,物理条件非常苛刻,无线电与伽玛光子不能同时扫过地球 。”据联合研究团队成员、中科院国家天文台助理研究员王培介绍,FAST望远镜结合此前的探测,给出了这一快速射电暴源迄今最严格的射电流量限制 。
所谓快速射电暴,是目前已知宇宙中射电波段最明亮的爆发现象,持续时间极短,通常只有几毫秒,能量释放量很大,至今尚未有其起源的明确解释 。
王培说,这一领域的关键是认证其对应体 。磁星是高度磁化的特殊中子星,2020年4月28日,加拿大的氢强度测绘实验望远镜,首次在银河系内磁星SGR J1935+2154探测到了毫秒级射电脉冲暴发FRB 200428,追踪到磁星与快速射电暴之间的联系 。如今,FAST望远镜观测结合了国际多波段设备,结果表明,FRB与SGR暴发具有较弱的相关性 。
“FAST望远镜的测量结果,对研究快速射电暴的起源和物理机制,起到主要的推动作用 。”王培说 。
这一研究成果,已于北京时间11月5日凌晨在线发表在《自然》杂志 。
“走上‘出大成果’的攀登之路”
随着一系列关键技术的突破,FAST望远镜于2020年1月11日通过国家验收,标志着望远镜所有技术指标都已经达到设计要求,并已经具备了开放运行的条件 。
FAST运行和发展中心常务副主任、总工程师姜鹏说,目前,FAST望远镜设施运行稳定可靠,近一年已经观测服务了超过5200个观测机时 。
谈及这一稳定观测的数据时,姜鹏专门提到地方政府的贡献:“贵州省委省政府,在望远镜电磁环境保护方面作出了非常大的牺牲 。”他说,当地政府配套资金解决了FAST望远镜的双回路供电、地灾治理等问题,在周边布设20多个防雹站,为望远镜安全运行默默无声地作着贡献 。
2020年2月,FAST正式启动了科学委员会遴选出的5个优先和重大项目,已经有近200家科学用户开始使用并处理FAST的科学数据 。4月,FAST时间分配委员会开始向国内天文界征集自由申请项目 。
“我们已经接到170余份申请,申请的总时间约5500个小时,实际批准1500个机时——只有近30%能得到支持,可见FAST望远镜观测时间竞争相当激烈 。”姜鹏说 。
中国科学院院士、FAST科学委员会主任武向平说,随着性能的提升,FAST的科学潜力逐步显现 。
在他看来,FAST的古代最强绝对灵敏度,使其在射电瞬变源方面具有重大潜力 。截至目前,基于FAST的数据发现的脉冲星超过240颗,在同一时间段世界第一,发表的高水平学术论文超过40篇——
今年4月,中科院国家天文台研究人员利用FAST观测数据,在球状星团M92中最新发现一个典型的“红背蜘蛛”脉冲双宇宙岛统M92A,其距离地球约2.6万光年,这也是在M92中第一次探测到的脉冲星 。该发现还被美国天文学会选为亮点研究成果 。
5月,中科院国家天文台研究员朱炜玮、李菂等与合作者利用自主研发的搜寻技术,结合深度学习人工智能,对FAST海量巡天数据进行快速搜索,第一次发现一个新的快速射电暴 。
7月,中科院南美天文中心程诚等科研人员利用FAST的19波束接收机,对一批低红移太阳形成宇宙岛样本中的4个宇宙岛进行先导观测,第一次探测到3个宇宙岛的中性氢发射线 。
2016年2月,LIGO合作组宣布第一次直接探测到广义相对论预言已久的引力波之后,对引力波的探测成为天文学界的热门话题 。武向平说,通过对毫秒脉冲星的长期监测,选取一定数目的毫秒脉冲星组成计时阵列,可以探测来自超大质量双黑洞等天体发出的低频引力波 。
“受益于FAST超高灵敏度,我们已经将脉冲星的测时精度提升至少一个数量级,这有望让人类第一次具备纳赫兹引力波的探测能力 。”武向平说,“可以说我们已经走在‘出大成果’的攀登之路上 。”
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