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已發現八百餘顆新脈沖星

“中國天眼”成中低頻射電領域觀天利器

◎實習記者 周思同

近日，我國天文學家利用(yòng)“中國天眼”(即500米口徑球面射電望遠鏡，英文簡稱FAST)發現了(le)脈沖星輻射新形态——矮脈沖輻射，并揭示了(le)脈沖星輻射瀕臨熄滅時其磁層結構基本不變的(de)物(wù)理(lǐ)事實。這一成果的(de)發表，爲“中國天眼”的(de)“成績單”再添一筆。中國科學院國家天文台研究員、“中國天眼”總工程師姜鵬告訴記者，擁有著(zhe)高(gāo)定位精度、高(gāo)靈敏度的(de)“中國天眼”，已成爲我國天文學研究不可(kě)或缺的(de)助力。

賦能高(gāo)質量科學研究

據了(le)解，當前“中國天眼”已進入成果爆發期，今年以來發布多(duō)個重要成果。

6月(yuè)21日，國際學術期刊《自然》在線發表了(le)“中國天眼”取得(de)的(de)一項重要成果。該成果研究團隊利用(yòng)“中國天眼”發現了(le)一個其軌道周期僅爲53分(fēn)鍾的(de)脈沖星雙星系統，這也(yě)是目前發現軌道周期最短的(de)脈沖星雙星系統。這一系統的(de)發現，填補了(le)蜘蛛類脈沖星系統演化(huà)模型的(de)重要缺失環節，有助于人(rén)類進一步理(lǐ)解蜘蛛類脈沖星的(de)形成和(hé)演化(huà)機制。《自然》期刊審稿人(rén)評價稱，該成果發現了(le)一個非常有趣的(de)脈沖星雙星系統，使得(de)脈沖星雙星系統的(de)軌道周期最短紀錄縮短了(le)約30%，預示著(zhe)蜘蛛類脈沖星演化(huà)中存在新的(de)未知過程。

此外，利用(yòng)“中國天眼”，由中國科學院國家天文台等單位的(de)科研人(rén)員組成的(de)中國脈沖星測時陣列(CPTA)研究團隊還探測到了(le)納赫茲引力波存在的(de)關鍵性證據。在此項研究中，CPTA研究團隊利用(yòng)“中國天眼”對57顆毫秒脈沖星進行了(le)長期系統性監測，基于獨立開發的(de)軟件，對時間跨度爲3年5個月(yuè)的(de)數據進行分(fēn)析研究，在4.6西格瑪置信度水(shuǐ)平(即誤報率小于五十萬分(fēn)之一)上發現了(le)具有納赫茲引力波特征的(de)四極相關信号的(de)證據。未來通(tōng)過研究納赫茲引力波，人(rén)們可(kě)以研究廣義相對論在極端條件下(xià)的(de)适用(yòng)性、推斷宇宙中黑(hēi)洞的(de)演化(huà)曆史，并有可(kě)能發現新的(de)物(wù)理(lǐ)現象。這一成果的(de)發表，在天文學領域具有重大(dà)意義，繼續保持了(le)我國在低頻射電天文學方面的(de)國際領先地位。

截至目前，“中國天眼”已發現800餘顆新脈沖星，基于“中國天眼”的(de)數據在《自然》(含子刊)、《科學》(含子刊)雜志上發表的(de)高(gāo)水(shuǐ)平研究論文已達16篇，其中多(duō)項成果分(fēn)别入選了(le)《自然》評選的(de)“2020年十大(dà)科學發現”、《科學》評選的(de)“2020年十大(dà)科學突破”，以及2021年度和(hé)2022年度“中國科學十大(dà)進展”，并有三項研究成果入選美(měi)國天文學會亮點研究成果。

自主創新奠定技術優勢

“中國天眼”能取得(de)諸多(duō)成果，離不開其在技術上的(de)優越性。姜鵬表示，“中國天眼”具有自主的(de)技術創新。

“第一，‘中國天眼’采用(yòng)了(le)主動變形的(de)反射面，可(kě)以在局部形成一個抛物(wù)面，從而改變球差，保證了(le)望遠鏡的(de)觀測帶寬。如果用(yòng)其他(tā)方式，比如線饋這種方式，會影(yǐng)響到望遠鏡的(de)帶寬。”姜鵬說，反射面所具備的(de)主動變位功能，令其可(kě)以在觀測過程中實現由球面到抛物(wù)面的(de)連續變位。與先前的(de)射電望遠鏡相比，“中國天眼”不但更大(dà)而且更加靈活，它可(kě)利用(yòng)自身反射面的(de)不同區域形成瞬時抛物(wù)面，進而通(tōng)過小型饋源裝置獲取來自天空不同區域的(de)信号，這更有利于它追蹤移動天體。這一技術的(de)應用(yòng)，大(dà)幅提高(gāo)了(le)“中國天眼”的(de)天空覆蓋範圍和(hé)靈敏度，使其能夠接收到更加微弱的(de)射電信号，探測更寬廣的(de)宇宙深空。

“第二，‘中國天眼’采用(yòng)了(le)輕量化(huà)的(de)饋源支撐系統設計，這可(kě)以減少支撐結構本身對反射面的(de)遮擋，讓更多(duō)的(de)電磁波通(tōng)過反射面彙聚到望遠鏡内部，形成更大(dà)的(de)信号，從而提升天線的(de)收集效率。”姜鵬說。據了(le)解，這一創新設計以6根大(dà)跨度的(de)柔索驅動設計方案代替美(měi)國阿雷西博望遠鏡的(de)剛性背架支撐結構方案，以柔性結構代替剛性結構，使結構形式大(dà)大(dà)簡化(huà)，實現了(le)饋源的(de)毫米級動态定位精度。

“在中低頻射電領域，‘中國天眼’目前的(de)成果數量還是比較突出的(de)。天文學是一個發現學科，想要發表成果，就不能重複别人(rén)做(zuò)過的(de)東西、必須要去解決新的(de)問題。‘中國天眼’所擁有的(de)一系列特性，使得(de)它解決了(le)許多(duō)其他(tā)望遠鏡不太容易解決的(de)問題，從而催生出一系列成果。”姜鵬表示，在未來幾年内，“中國天眼”依舊會在中低頻射電領域保持國際領先地位，也(yě)會持續産出更多(duō)的(de)天文學成果。