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“中国天眼”未来还会发现什么?

新华社北京10月10日电 题:“中国天眼”睁眼“看见”2颗脉冲星 未来还会发现什么?

4100光年,1.6万光年。坐落在贵州群山之中的“中国天眼”,刚一“睁眼”就“看见”了离地球如此遥远的2颗脉冲星。

500米口径球面射电望远镜(FAST)工程施工场面和满天繁星相映生辉(2016年6月27日摄)。新华社记者 刘续 摄

10日,中国科学院国家天文台宣布,500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认多颗新发现脉冲星。

脉冲星家族首次有了“中国星”

这是我国的天文设备第一次发现脉冲星,实现了该领域“零的突破”。自1967年发现第一颗脉冲星以来,过去的50年里,人类发现的脉冲星家族至少有2700个成员了。

国家天文台公布了这2颗脉冲星的具体信息:前者自转周期为1.83秒,距离地球约1.6万光年,后者自转周期为0.59秒,距离地球约4100光年,分别由“中国天眼”于今年8月22日、25日在南天银道面通过漂移扫描发现。

这只是“中国天眼”的部分发现。“天眼”工程副总工程师李菂介绍,“天眼”调试进展超过预期,目前已探测到数十个优质脉冲星候选体,其中6颗通过国际认证。

据科学家介绍,脉冲星是一种高速自转的中子星,由恒星演化和超新星爆发产生。它的密度极高,每立方厘米重达上亿吨,一块方糖大小就相当于地球上一万艘万吨巨轮的重量。脉冲星自转速度很快、自转周期精确,是宇宙中最精准的时钟。正因如此,脉冲星会发射一断一续的周期性脉冲信号,就好比转动的灯塔发出忽明忽暗的光。

图为新脉冲星的归一化平均脉冲轮廓和单脉冲。A(上)为FP1平均脉冲轮廓,FAST通过约52.4秒漂移扫描(红色)产生信噪比为Parkes望远镜L波段积分2100秒结果(灰色)信噪比的3倍,表现出FAST高灵敏度优势。A(下)为FP1单脉冲轮廓。B为FAST采用跟踪观测5分钟,获得的另一颗新脉冲星FP2的单脉冲轮廓。

这一特殊“本领”,让脉冲星在计时、引力波探测、广义相对论检验等领域具有重要应用。李菂说,脉冲星具有在地面实验室无法实现的极端物理性质,对其进行研究有望得到许多重大物理学问题的答案。譬如,脉冲星的自转周期极其稳定,准确的时钟信号为引力波探测、航天器导航等重大科学及技术应用提供了理想工具。

“通过对快速旋转的射电脉冲星进行长期监测,选取一定数目的脉冲星组成计时阵列,就可以探测来自超大质量双黑洞等天体发出的低频引力波。”李菂说。

澳大利亚科学及工业研究院Parkes望远镜科学主管乔治·霍布斯说,“天眼”的调试以及逐渐产出成果,是目前国际天文学界最激动人心的事件之一。

调试一年就出成果,告慰“天眼之父”南仁东

“天眼”的最初构想来自已故天文学家南仁东。从1994年提出设想,到2016年正式启用,22年间,南仁东和他的团队全力推动着这个看似不可思议的世界级项目。

设计和结构均无先例可循,“天眼”前期调试遇到巨大困难。“天眼”工程总工艺师王启明说,各系统一开始专注于设备跟踪维护,系统内调试看起来都没问题,但各系统联调后,系统间的通信、算法的统一、安全协调等一系列问题逐步暴露出来。

联调期间,“天眼”人的工作状态基本上是白天分头干活,晚上集中开会商讨,连夜改程序,第二天又接着试新方案,反复调到最优。在“天眼”落成启用后的380个日日夜夜里,除非停电,总控机房总是二十四小时无休。白天,工程团队和施工方的人员集中进行调试;晚上,科研人员会把面型固定好,让其指向一个特定的天区,通过地球自转,让天空从望远镜上方漂移扫描过去。

李菂说,漂移扫描方式在脉冲星搜索上很少被运用,但调试期间只能用这种方式,为此,科研人员不仅需要重新设计软件,数据处理上也要付出更多劳动,但最终结果是令人振奋的,“天眼”每次扫描都能获得一到两个高质量的脉冲星候选体。

国家天文台研究员、“天眼”工程副经理彭勃说,国外同类大型射电望远镜建成后一般需要3年至5年的调试阶段,而“天眼”调试了一年就获得了初步成果。

 “天眼”会寻找“外星人” 将主导未来宇宙天图

中外科学家都期待“天眼”的发现从量变转为质变。“天眼”若能第一个捕获河外星系脉冲星,将具有开创性意义。李菂和他的研究小组已经在为观测河外星系脉冲星做技术上的准备,最早于明年初会进行尝试。

首位发现脉冲星的天文学家乔瑟琳·贝尔今年早些时候参观了“中国天眼”,她期待这座世界最大的射电望远镜能发现更多微弱、遥远、独特的脉冲星,包括发现围绕黑洞旋转的脉冲星。

对于观测范围可达已知宇宙边缘的“天眼”来说,发现脉冲星只是使命之一,未来,它还将在中性氢观测、谱线观测、寻找可能的星际通讯信号等方面大放异彩。

宇宙大爆炸学说认为,中性氢是宇宙中几乎与大爆炸同龄的“老人家”,观测和研究中性氢的分布,能帮助科学家进一步弄清银河系和河外星系的结构,解开宇宙大爆炸等宇宙起源和演化之谜。“‘中国天眼’将通过巡视宇宙中的中性氢,绘制出最新最大的标准宇宙天图。”国家天文台“天眼”项目高级博士后Marko Krco(马可)说。

“中国天眼”甚至还能“监听”宇宙中可能存在的外星文明发出的无线电波。澳大利亚科学及工业研究院Parkes望远镜科学主管乔治·霍布斯说,Parkes望远镜目前有20%的时间分配给了“寻找外星人”,但仍一无所获,“中国天眼”看得更远,说不定将来会有令人振奋的消息。

 来源:新华社  编辑:滚动新闻编辑组

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关键词: 脉冲星 天眼 中国