中新網(wǎng)5月20日消息，“中國(guó)天眼”（500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST）再次取得重磅天文成果——新發(fā)現(xiàn)201顆脈沖星，包括一大批暗弱脈沖星。

《天文和天體物理學(xué)研究》新一期封面。　國(guó)家天文臺(tái) 供圖

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)20日發(fā)布消息說(shuō)，該臺(tái)韓金林研究員領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)利用“中國(guó)天眼”開(kāi)展銀道面脈沖星巡天，最新發(fā)現(xiàn)了201顆脈沖星，其中包括一批最暗弱的脈沖星、挑戰(zhàn)當(dāng)代銀河系電子分布模型的大色散量脈沖星、40顆毫秒脈沖星、16顆脈沖雙星、一批模式變化和消零脈沖星以及射電暫現(xiàn)源等。

這一重要天文學(xué)成果當(dāng)天以封面文章形式，由中國(guó)主辦的天文學(xué)國(guó)際期刊《天文和天體物理學(xué)研究》(RAA)正式發(fā)表。

新發(fā)現(xiàn)脈沖星的色散量(DM)與兩種銀河系電子密度模型估計(jì)的最大DM值的比較。　國(guó)家天文臺(tái) 供圖

提出用FAST進(jìn)行脈沖星快照巡天

中科院國(guó)家天文臺(tái)科普稱，脈沖星是大質(zhì)量恒星死亡后的殘骸，是宇宙中密度最高、磁場(chǎng)最強(qiáng)、自轉(zhuǎn)最快、相對(duì)論效應(yīng)顯著的一類迷人而又奇異的天體，是研究宇宙極端環(huán)境中物理規(guī)律的理想實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)期以來(lái)都是備受注的天文和物理前沿研究領(lǐng)域，涉及引力波探測(cè)、精確驗(yàn)證廣義相對(duì)論、限制極端物理?xiàng)l件下的物態(tài)方程、高精度時(shí)空基準(zhǔn)建立等重要基本問(wèn)題。自1968年脈沖星首次發(fā)現(xiàn)至今50余年，全球已發(fā)現(xiàn)約3000顆脈沖星，其中約400多顆毫秒脈沖星。

作為當(dāng)今世界靈敏度最高的射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST配備19波束L波段接收機(jī)，成為世界上最強(qiáng)大的脈沖星搜尋利器。韓金林團(tuán)隊(duì)提出利用FAST進(jìn)行脈沖星快照巡天(GPPS)，對(duì)FAST可見(jiàn)的銀道面區(qū)域逐點(diǎn)進(jìn)行5分鐘的暗弱信號(hào)積分，首次使得針對(duì)銀河系大天區(qū)面積的脈沖星系統(tǒng)性搜尋進(jìn)入微央斯基量級(jí)的靈敏區(qū)域，預(yù)期FAST能夠發(fā)現(xiàn)1000顆左右的新脈沖星，并期待發(fā)現(xiàn)特殊類型高科學(xué)價(jià)值的脈沖星。

位于銀河系本地旋臂(左)或人馬旋臂(右)的新發(fā)現(xiàn)脈沖星(五角星)具有超常的色散量(DM)?！?guó)家天文臺(tái) 供圖

新發(fā)現(xiàn)脈沖星挑戰(zhàn)銀河系電子分布模型

韓金林介紹說(shuō)，GPPS項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)2019年完成觀測(cè)模式和數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)之后，項(xiàng)目于當(dāng)年底被FAST科學(xué)委員會(huì)選定為重大優(yōu)先觀測(cè)項(xiàng)目之一。2020年初，GPPS巡天項(xiàng)目正式開(kāi)啟觀測(cè)。

截至2021年3月，GPPS共計(jì)觀測(cè)了約126平方度的銀道面區(qū)域，占比不到巡天項(xiàng)目總體規(guī)劃的5%，但已經(jīng)取得豐碩的科學(xué)成果。目前已發(fā)現(xiàn)新脈沖星201顆。相比之前世界上最靈敏的望遠(yuǎn)鏡巡天，GPPS巡天靈敏度總體而言要高約一個(gè)數(shù)量級(jí)。

韓金林指出，在GPPS新發(fā)現(xiàn)的脈沖星中，一部分特殊脈沖星的色散量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前最好銀河系電子分布模型的預(yù)計(jì)。根據(jù)模型估算，這些脈沖星應(yīng)該位于銀河之外。

不過(guò)，“考慮到銀河系在這些方向有銀河旋臂，它們含有大量電子氣體云團(tuán)，很可能是模型中這些云團(tuán)的數(shù)目或云團(tuán)里的電子密度被嚴(yán)重低估了。因此，新發(fā)現(xiàn)的脈沖星對(duì)當(dāng)今的銀河系電子分布模型提出挑戰(zhàn)”。

FAST-GPPS脈沖星搜尋靈敏度曲線及巡天探測(cè)的脈沖星，紅色為GPPS新發(fā)現(xiàn)的脈沖星?！?guó)家天文臺(tái) 供圖

新發(fā)現(xiàn)40顆毫秒脈沖星及一批特殊脈沖星

韓金林說(shuō)，GPPS巡天早期結(jié)果還發(fā)現(xiàn)40顆毫秒脈沖星，其中至少有14顆位于密近雙星系統(tǒng)中?！昂翢o(wú)疑問(wèn)，后續(xù)對(duì)這些毫秒脈沖星的測(cè)時(shí)觀測(cè)可以用來(lái)探測(cè)來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的低頻引力波，還可用于建立脈沖星時(shí)間和空間基準(zhǔn)，其中一些脈沖星將會(huì)成為檢驗(yàn)引力理論的絕佳利器”。

GPPS巡天同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一批模式變換或消零脈沖星、旋轉(zhuǎn)射電暫現(xiàn)源以及在超新星爆炸遺跡附近的脈沖星。這些特殊脈沖星對(duì)研究脈沖星輻射物理有重要意義。

此外，GPPS巡天團(tuán)隊(duì)還記錄和分析了偏振數(shù)據(jù)，發(fā)表8顆脈沖星的偏振參數(shù)和法拉第旋率。利用GPPS巡天得到的高清靈敏數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了64顆已知脈沖星的物理參數(shù)。

GPPS與其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的脈沖星光度函數(shù)分布比較?！?guó)家天文臺(tái) 供圖

GPPS巡天未來(lái)有望完成銀河系脈沖星普查

澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織天文和空間科學(xué)研究員、澳大利亞科學(xué)院院士曼切斯特(R N Manchester)教授和美國(guó)康奈爾大學(xué)柯蒂斯(J M Cordes)教授被《天文和天體物理學(xué)研究》期刊特邀為該論文的審稿人，兩位國(guó)際資深專家對(duì)利用FAST進(jìn)行脈沖星快照巡天取得的天文發(fā)現(xiàn)成果給予高度評(píng)價(jià)。

曼切斯特教授在當(dāng)期“新聞與觀點(diǎn)”專欄發(fā)表評(píng)論稱，“到目前為止，GPPS巡天僅覆蓋了FAST可觀測(cè)天區(qū)一小部分，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)201顆以前未知的脈沖星。作為一個(gè)巡天項(xiàng)目早期階段，這數(shù)目令人印象非常深刻”“發(fā)現(xiàn)40個(gè)毫秒脈沖星，是一個(gè)了不起的成就”。他認(rèn)為，GPPS項(xiàng)目成果論文揭示，F(xiàn)AST在脈沖星天文學(xué)特別是脈沖星搜尋方面擁有大好前景。

“GPPS巡天可能主導(dǎo)未來(lái)脈沖星發(fā)現(xiàn)，最終完成完整的銀河系脈沖星普查?！笨碌偎菇淌谠谠u(píng)論中指出， GPPS巡天還可能遲早會(huì)發(fā)現(xiàn)脈沖星-黑洞雙星，并對(duì)銀河系星際介質(zhì)的研究大有裨益。該論文將讓學(xué)界“對(duì)FAST研究致密天體和基本物理的大好前景感到興奮”。

韓金林表示，GPPS項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)目前正繼續(xù)努力搜尋整個(gè)FAST可見(jiàn)銀道面區(qū)域，未來(lái)結(jié)果可期。

(記者 孫自法)