已發(fā)現(xiàn)八百余顆新脈沖星

　　“中國天眼”成中低頻射電領(lǐng)域觀天利器

　　◎?qū)嵙曈浾?周思同

　　近日，我國天文學家利用“中國天眼”(即500米口徑球面射電望遠鏡，英文簡稱FAST)發(fā)現(xiàn)了脈沖星輻射新形態(tài)——矮脈沖輻射，并揭示了脈沖星輻射瀕臨熄滅時其磁層結(jié)構(gòu)基本不變的物理事實。這一成果的發(fā)表，為“中國天眼”的“成績單”再添一筆。中國科學院國家天文臺研究員、“中國天眼”總工程師姜鵬告訴記者，擁有著高定位精度、高靈敏度的“中國天眼”，已成為我國天文學研究不可或缺的助力。

　　賦能高質(zhì)量科學研究

　　據(jù)了解，當前“中國天眼”已進入成果爆發(fā)期，今年以來發(fā)布多個重要成果。

　　6月21日，國際學術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了“中國天眼”取得的一項重要成果。該成果研究團隊利用“中國天眼”發(fā)現(xiàn)了一個其軌道周期僅為53分鐘的脈沖星雙星系統(tǒng)，這也是目前發(fā)現(xiàn)軌道周期最短的脈沖星雙星系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，填補了蜘蛛類脈沖星系統(tǒng)演化模型的重要缺失環(huán)節(jié)，有助于人類進一步理解蜘蛛類脈沖星的形成和演化機制。《自然》期刊審稿人評價稱，該成果發(fā)現(xiàn)了一個非常有趣的脈沖星雙星系統(tǒng)，使得脈沖星雙星系統(tǒng)的軌道周期最短紀錄縮短了約30%，預示著蜘蛛類脈沖星演化中存在新的未知過程。

　　此外，利用“中國天眼”，由中國科學院國家天文臺等單位的科研人員組成的中國脈沖星測時陣列(CPTA)研究團隊還探測到了納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)。在此項研究中，CPTA研究團隊利用“中國天眼”對57顆毫秒脈沖星進行了長期系統(tǒng)性監(jiān)測，基于獨立開發(fā)的軟件，對時間跨度為3年5個月的數(shù)據(jù)進行分析研究，在4.6西格瑪置信度水平(即誤報率小于五十萬分之一)上發(fā)現(xiàn)了具有納赫茲引力波特征的四極相關(guān)信號的證據(jù)。未來通過研究納赫茲引力波，人們可以研究廣義相對論在極端條件下的適用性、推斷宇宙中黑洞的演化歷史，并有可能發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象。這一成果的發(fā)表，在天文學領(lǐng)域具有重大意義，繼續(xù)保持了我國在低頻射電天文學方面的國際領(lǐng)先地位。

　　截至目前，“中國天眼”已發(fā)現(xiàn)800余顆新脈沖星，基于“中國天眼”的數(shù)據(jù)在《自然》(含子刊)、《科學》(含子刊)雜志上發(fā)表的高水平研究論文已達16篇，其中多項成果分別入選了《自然》評選的“2020年十大科學發(fā)現(xiàn)”、《科學》評選的“2020年十大科學突破”，以及2021年度和2022年度“中國科學十大進展”，并有三項研究成果入選美國天文學會亮點研究成果。

　　自主創(chuàng)新奠定技術(shù)優(yōu)勢

　　“中國天眼”能取得諸多成果，離不開其在技術(shù)上的優(yōu)越性。姜鵬表示，“中國天眼”具有自主的技術(shù)創(chuàng)新。

　　“第一，‘中國天眼’采用了主動變形的反射面，可以在局部形成一個拋物面，從而改變球差，保證了望遠鏡的觀測帶寬。如果用其他方式，比如線饋這種方式，會影響到望遠鏡的帶寬。”姜鵬說，反射面所具備的主動變位功能，令其可以在觀測過程中實現(xiàn)由球面到拋物面的連續(xù)變位。與先前的射電望遠鏡相比，“中國天眼”不但更大而且更加靈活，它可利用自身反射面的不同區(qū)域形成瞬時拋物面，進而通過小型饋源裝置獲取來自天空不同區(qū)域的信號，這更有利于它追蹤移動天體。這一技術(shù)的應(yīng)用，大幅提高了“中國天眼”的天空覆蓋范圍和靈敏度，使其能夠接收到更加微弱的射電信號，探測更寬廣的宇宙深空。

　　“第二，‘中國天眼’采用了輕量化的饋源支撐系統(tǒng)設(shè)計，這可以減少支撐結(jié)構(gòu)本身對反射面的遮擋，讓更多的電磁波通過反射面匯聚到望遠鏡內(nèi)部，形成更大的信號，從而提升天線的收集效率。”姜鵬說。據(jù)了解，這一創(chuàng)新設(shè)計以6根大跨度的柔索驅(qū)動設(shè)計方案代替美國阿雷西博望遠鏡的剛性背架支撐結(jié)構(gòu)方案，以柔性結(jié)構(gòu)代替剛性結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)形式大大簡化，實現(xiàn)了饋源的毫米級動態(tài)定位精度。

　　“在中低頻射電領(lǐng)域，‘中國天眼’目前的成果數(shù)量還是比較突出的。天文學是一個發(fā)現(xiàn)學科，想要發(fā)表成果，就不能重復別人做過的東西、必須要去解決新的問題。‘中國天眼’所擁有的一系列特性，使得它解決了許多其他望遠鏡不太容易解決的問題，從而催生出一系列成果。”姜鵬表示，在未來幾年內(nèi)，“中國天眼”依舊會在中低頻射電領(lǐng)域保持國際領(lǐng)先地位，也會持續(xù)產(chǎn)出更多的天文學成果。