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[天文] 中國天眼已確認新發現44顆脈沖星 有望明年完成驗收

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發表於 2018-9-18 22:43:07 |顯示全部樓層
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15日,首屆中國·天泉湖天文論壇在江蘇盱眙舉行。中國500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)首席科學家、中國科學院國家天文台研究員李菂在論壇上表示,被譽為“中國天眼”的FAST經過兩年的緊張調試工作,現已實現了跟蹤、漂移掃描、運動中掃描等多種觀測模式,數項關鍵指標超過預期。截至目前,已發現了44顆被確認的新脈衝星,有望明年下半年完成驗收並向全國天文學家開放使用。

研究脈衝星有望解決許多重大物理學問題

經過工作人員的精心調試,如今“天眼”視力越來越好,脈衝星的批量發現也隨之開始。

去年10月10日中科院國家天文台就曾對外公布,FAST首次發現脈衝星,當時探測到數十顆優質脈衝星候選體,其中6顆通過國際認證。近一年過去,如今新發現脈衝星的數量又有突破。截至目前,FAST已經探測到59顆優質的脈衝星候選體,其中已經有44顆得到認證。

“特別是今年2月探測到有史以來最暗弱的毫秒脈衝星之一,這顆脈衝星是其他國家很多望遠鏡看了多次卻都沒有看到的。這充分證明了FAST在靈敏度方面的優勢。”李菂說。

搜尋和發現射電脈衝星是FAST核心科學目標。脈衝星由恒星演化和超新星爆發產生,因發射周期性脈衝信號而得名。自1967年發現第一顆脈衝星以來,過去50年裏,人類發現的脈衝星家族至少有2700個成員。

“脈衝星是一種高速自轉的中子星,它的密度極高,每立方厘米重達上億噸。它的自轉速度很快、自轉周期精確,是宇宙中最精確的時鐘。”李菂說,“因此,它具有在地面實驗室無法實現的極端物理性質,是理想的天體物理實驗室,對其進行研究,有希望得到許多重大物理學問題的答案。譬如,脈衝星的自轉周期極其穩定,準確的時鐘信號為引力波探測、航天器導航等重大科學及技術應用提供了理想工具。”

“通過對快速旋轉的射電脈衝星進行長期監測,選取一定數目的脈衝星組成計時陣列,就可以探測超大質量雙黑洞等天體發出的低頻引力波。”李菂說。

巨大的接收面積和超高靈敏度,才能看清天體目標的細節

自2016年9月25日落成啟用後,FAST望遠鏡就正式進入為期3—5年的調試期。

一般來說,巨星望遠鏡調試期都會涉及天文、測量、控制、電子學、機械、結構等眾多學科領域,是一項強交叉學科的應用性研究,所以國際上傳統大射電望遠鏡的調試周期很少低於4年。

FAST總工程師、中科院國家天文台研究員姜鵬說:“FAST巨大的接收面積註定了它有其他望遠鏡無法比擬的優勢,即超高的靈敏度,但這也使得它的系統構成更為複雜,因此它的調試工作也更具有挑戰性,也更容易受設備故障的影響。同時,還有30噸饋源艙(安放FAST望遠鏡用來接收宇宙外信號裝置系統的艙體)漂在高空,安全風險也極大。”

但調試團隊不畏困難,經過半年左右的努力,最終於2017年8月27日第一次完成了反射面和饋源支撐的協同動作,首次實現了對特定目標的跟蹤觀測,並穩定地獲取了目標源射電信號。這意味著“天眼”的“眼珠”可以轉動了,也標誌望遠鏡最具難度及最具有風險的功能性調試完成了。

姜鵬說:“此後,‘天眼’就可以克服地球的自轉,對天體目標源進行跟蹤觀測。要知道望遠鏡的靈敏度不僅與其接收面積有關,還與望遠鏡的跟蹤時間有關。就像人的眼睛一樣,只是掃視一下的話,我們只能看個大概的輪廓。如果想看清細節,就需要對著目標仔細地端詳一段時間。其實,這也是FAST最重要的一個功能,只有能跟蹤了,‘天眼’才能發揮它的最優性能。”

在實現望遠鏡的功能性調試之後,餘下的任務主要是如何提升望遠鏡的性能。

姜鵬說:“目前19波束已經完成安裝調試。它可以將望遠鏡的視場擴大19倍,從而大幅地提升望遠鏡的巡天效率,預期更多的脈沖星發現將由此開始。”

靜態掃描已達驗收指標,正為觀測河外星系脈衝星做準備

姜鵬表示,有了19波束的支持,就可以開始向驗收指標衝刺了。

“望遠鏡的驗收指標的實現,還要經過非常繁雜的指標分解,例如要實現設計的靈敏度,就要知道反射面的精度等。”姜鵬說,截至目前,調試工作已取得了一些非常可喜的進展。比如,望遠鏡的系統噪聲已經控制在20K左右的水平,同時靜態掃描模式下的效率已經達到50%以上,望遠鏡的靈敏水平已經達到了1800平方米每K的水平,可以說靜態掃描工作模式已經達到了望遠鏡的驗收指標。下一步的任務就是提高跟蹤過程的控制精度,把跟蹤過程的靈敏度也實現同樣或相近的水平。

對於觀測範圍可達已知宇宙邊緣的“天眼”來說,發現脈衝星只是使命之一。未來,它還將在中性氫觀測、譜線觀測、尋找可能的星際通訊信號等方面進行探索發現。

中外科學家也都期待“天眼”的發現從量變轉為質變。“天眼”若能第一個捕獲河外星系脈衝星,將具有開創性意義。李菂和他的研究小組已經在為觀測河外星系脈衝星做技術上的準備,最早於明年初會進行嘗試。

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