揭示快速射電暴起源，發(fā)現(xiàn)脈沖星240余顆，F(xiàn)AST正式運行300天——

探茫茫星際 顯天眼威力

“中國天眼”全景。國家天文臺供圖

源于磁層的快速射電暴偏振多樣性示意圖。李柯伽供圖

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正式運行300天以來，被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）已發(fā)現(xiàn)脈沖星數(shù)量超過240顆。我國科研團隊借助FAST，迅速成為國際快速射電暴領域的核心研究力量。

在廣袤的宇宙中，經(jīng)常突然出現(xiàn)短暫并且猛烈的無線電波爆發(fā)，持續(xù)的時間只有幾毫秒，卻能釋放出太陽在一整天內(nèi)釋放的能量，這就是快速射電暴。如此快速閃現(xiàn)的無線電波包含了什么信息？各國天文學家一直在尋求真相。

日前，借助被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）的最新觀測，我國科學家在快速射電暴研究方面取得一系列重大成果。10月29日和11月4日，兩篇相關研究成果在《自然》雜志發(fā)表，讓“中國天眼”再次成為射電天文學界的焦點。

有力支持高水平研究

快速射電暴如何產(chǎn)生？此前的理論研究主要分成兩種，一種認為這樣的毫秒射電爆發(fā)來自粒子碰撞，而另一種則認為它是粒子在強磁場中穿行產(chǎn)生的。

“FAST的觀測結果直接終結了爭論，通過對11次射電爆發(fā)的高靈敏度偏振信號解析，我國科研人員用直接的觀測結果否定了粒子碰撞的理論。”中國科學院國家天文臺首席研究員韓金林說。

憑借著一系列的FAST觀測“實證”，我國相關科研團隊迅速成為國際快速射電暴領域的核心研究力量。

2019年，北京大學教授、國家天文臺研究員李柯伽團隊利用FAST探測到一例全世界僅有21例的快速射電暴重復爆F(xiàn)RB180301。李柯伽說：“在共計12個小時的觀測時間里，F(xiàn)AST探測到15次閃現(xiàn)，每次電波閃現(xiàn)的強度曲線也各不相同，最奇妙的結果來自對11次爆發(fā)電波的高靈敏度偏振信號解析。”

李柯伽解釋：“FAST觀測的11個爆發(fā)信號中，竟然有7個毫秒閃現(xiàn)爆發(fā)能夠很好地解析出其偏振。令人激動的是7個偏振不僅僅是變化的，而且呈現(xiàn)出變化的多樣性。如此變化的偏振在早先的重復暴從來沒有看到。FAST觀測到的偏振變化多樣性明確說明，宇宙中的爆發(fā)源可能來自致密星體磁層中的物理過程。”

今年8月，北京師范大學林琳博士、北京大學張春風博士、國家天文臺王培博士等聯(lián)合研究團隊，利用FAST觀測到銀河系中有一顆已知磁星SRG1935+2154呈現(xiàn)出幾十次伽馬射線爆發(fā)。

林琳說：“以FAST的高靈敏度，我們在射電波段觀測中，一個射電爆發(fā)也沒有探測到。該結果說明，宇宙中致密天體不同波段的爆發(fā)時，物理條件非常苛刻，使得無線電與伽馬光子不能同時掃過地球。”

觀測服務超5200個機時

FAST于2016年落成，它的反射面面積相當于大約30個標準足球場，大大拓展了人類在射電波段的視野，也使中國射電天文學家終于有機會走到科學探索的最前沿。

正式運行300天以來，F(xiàn)AST展現(xiàn)的科學實力令人驚喜。FAST近一年的觀測服務超過5200個機時，超過預期目標近兩倍，累計發(fā)現(xiàn)脈沖星數(shù)量超過240顆，基于FAST數(shù)據(jù)發(fā)表的高水平論文達到40余篇。

“1967年，人們發(fā)現(xiàn)了第一顆脈沖星；直到50年后，中國人才用自己的射電望遠鏡FAST發(fā)現(xiàn)了第一顆新脈沖星。”FAST科學委員會主任、中科院院士武向平說，“在很短時間內(nèi)，F(xiàn)AST已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了240多顆脈沖星，我們期望在未來5年，這一數(shù)字能達到1000顆，甚至能找到銀河系外的第一顆射電脈沖星。”

今年2月，F(xiàn)AST團隊正式啟動科學委員會遴選出的5個“優(yōu)先和重大項目”，近百名科學家開始使用并處理FAST的科學數(shù)據(jù)；4月，時間分配委員會開始向國內(nèi)天文界征集自由申請項目，目前已經(jīng)接到170余份申請，而且外部用戶的比例高達95.7%。

“明年，F(xiàn)AST還會對全世界開放。”武向平認為，未來10年，中國將迎來射電天文發(fā)展的黃金時期，“我們要利用這個寶貴的窗口期，做出重大的科學發(fā)現(xiàn)，為人類探索和認識宇宙做出重大貢獻。”

科學潛力將進一步顯現(xiàn)

巨大工程體量、超高精度要求及特殊的工作方式，給FAST提出了前所未有的技術挑戰(zhàn)，為此，工程團隊開展了一系列的技術攻關。FAST工程建設實現(xiàn)了多項自主創(chuàng)新，顯著推動了我國相關產(chǎn)業(yè)技術的革新與發(fā)展。

“FAST的先進測量技術遠不止于望遠鏡本身，在其它領域有重要的應用前景。”國家天文臺研究員、FAST總工程師姜鵬說，“比如，在高精度地礦勘探方面，可以利用慣性組件與衛(wèi)星導航融合技術，為重力測量提供高精度的位置和方位姿態(tài)基準；在海洋測繪中，采用慣性組件與聲吶等測量技術融合，實現(xiàn)海底測繪，為勘探區(qū)作業(yè)的機器設備建立高精度的時空和姿態(tài)基準。”

隨著性能的提升，F(xiàn)AST的科學潛力還將進一步顯現(xiàn)。國家天文臺臺長、中科院院士常進說：“FAST超高靈敏度使其在射電瞬變源方面具有重大潛力，有望在短時間內(nèi)實現(xiàn)納赫茲的引力波探測、捕捉到宇宙大爆炸時期的原初引力波，為研究宇宙大爆炸原初時刻的物理過程提供數(shù)據(jù)支撐。同時它還有能力將我國深空探測及通信能力延伸至太陽系邊緣，滿足國家重大戰(zhàn)略需求。” （記者 吳月輝）