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『中國天眼』首次發現多顆脈衝星 有助發展星際導航

時間:2017-10-11 08:32:42

  FAST望遠鏡在滿天繁星下呈現出的美麗景觀。新華社發

  中國科學院國家天文臺10月10日宣布,被譽為『中國天眼』的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)確認發現了多顆脈衝星,這是我國天文望遠鏡首次發現脈衝星。

  FAST工程副總工程師李菂稱,FAST調試進展超過預期,並已開始系統的科學產出。目前已經探測到數十個優質脈衝星候選體,其中6顆通過國際認證。

  脈衝星導航實驗衛星(XPNAV)相關負責人向新京報記者解釋,脈衝星的研究將有助於我們理解宇宙的起源,並為航天器星際航行提供精確導航。而前不久離世的FAST總工程師兼首席科學家南仁東則說過,這只巨大的『天眼』,甚至能搜尋可能存在的星外文明。

  研究脈衝星有助獲得重大物理學答案

  脈衝星是一種高速自轉的中子星,由恆星演化和超新星爆發產生。它的密度極高,每立方厘米重達上億噸。脈衝星自轉速度很快、自轉周期精確,是宇宙中最精准的時鍾。正因如此,脈衝星會發射一斷一續的周期性脈衝信號,就好比轉動的燈塔發出忽明忽暗的光。

  這一特殊『本領』,讓脈衝星在計時、引力波探測、廣義相對論檢驗等領域具有重要應用。李菂說,脈衝星具有在地面實驗室無法實現的極端物理性質,對其進行研究有望得到許多重大物理學問題的答案。

  據中科院科普公眾號『科學大院』介紹,對脈衝星進行觀測,不僅能夠研究脈衝星自身的極端物理狀態,還能對星際介質、銀河系磁場、引力波等目標進行研究。

  50年來,天文學家已經觀測到2700多顆各種類型的脈衝星。因為脈衝星的特殊性,諾貝爾物理學獎兩度授予了與脈衝星有關的發現(1974年度,發現第一個脈衝星;1993年度,發現第一個雙星系統中的脈衝星,並利用它很好地驗證了引力波輻射理論)。

  6顆被確認未來有望發現毫秒脈衝星

  國家天文臺介紹,FAST已經探測到了數十個優質脈衝星候選體。經過國際合作,例如利用澳大利亞64米Parkes望遠鏡進行觀測認證,首批認證了兩顆脈衝星:一顆編號J1859-0131(又名FP1-FAST pulsar #1),自轉周期為1.83秒,據估算距離地球1.6萬光年;一顆編號J1931-01(又名FP2),自轉周期0.59秒,據估算距離地球約4100光年,兩顆脈衝星分別於今年8月22日、25日發現。

  另有4顆脈衝星也通過了國際射電天文臺認證,具體參數結果還在分析中。

  宇宙中有大量脈衝星,但由於其信號暗弱,易被人造電磁乾擾淹沒,目前只觀測到一小部分。國家天文臺表示,具有極高靈敏度的FAST望遠鏡是發現脈衝星的理想設備,未來有望發現更多守時精准的毫秒脈衝星。

  研究宇宙起源、發展星際導航

  脈衝星的自轉周期極其穩定,准確的時鍾信號為引力波探測、航天器導航等重大科學及技術應用提供了理想工具。『脈衝星的研究有助於我們了解中子星的內部結構和輻射機制,』脈衝星導航實驗衛星(XPNAV)相關負責人表示,『中子星是恆星死亡的遺跡,知道其內部結構和輻射機制,就可以知道恆星和宇宙的演化,從而推測恆星的過去、現在,甚至預測未來。』

  該負責人介紹,目前公布的兩顆脈衝星自轉周期都是秒級的,如果後續能夠發現毫秒級的脈衝星,有望用於航天器導航。

  『就像我們在地面需要導航,航天器在宇宙中就像汪洋中的船,更需要導航,比如指引它們去火星等其他星球。』該負責人說,目前航天器導航是通過地面發射電磁波實現的,未來利用脈衝星可以實現航天器在宇宙間自主導航,導航精度也可能更高。另外,脈衝星的研究也有望對探測引力波做出原創貢獻。

  去年11月10日,我國發射脈衝星導航實驗衛星。當時報道稱,脈衝星導航技術成功以後,可以對衛星的位置進行跟蹤測量,屆時將長時間不再需要地面測控站的測量。

  -延展

  繼續調試兩年面向國內外學者開放

  國家天文臺曾表示,FAST能夠接收到137億光年以外的電磁信號,觀測范圍『可達宇宙邊緣』。與世界著名的德國波恩100米望遠鏡相比,FAST的靈敏度提高了約10倍;與美國阿雷西博350米望遠鏡相比,FAST的綜合性能也提高了約10倍。

  FAST落成時,因脈衝星研究獲得1993年諾貝爾物理學獎的約瑟夫·泰勒曾親赴現場,『這是世界一流的望遠鏡,期待它能給人類帶來更多重要的科學發現。』他說。

  昨天,澳大利亞Parkes望遠鏡科學主管喬治·霍布斯在成果發布會現場表示,FAST逐漸產出成果,是目前國際天文學界最激動人心的事件之一。

  國家天文臺表示,接下來的兩年FAST將繼續調試,通過國家驗收,面向國內外學者開放。同時進一步驗證、優化科學觀測模式,催生天文發現,力爭早日成為世界一流水平望遠鏡設備。

  FAST總工程師兼首席科學家南仁東生前曾說,借助這只巨大的『天眼』,科研人員可以窺探星際之間互動的信息,觀測暗物質,測定黑洞質量,甚至搜尋可能存在的星外文明。

  -背景

  FAST以前中國望遠鏡未見脈衝星

  1967年,科學家在行星際閃爍觀測研究中,偶然發現一個時隱時現的射電脈衝源,其周期非常穩定,每隔1.3373秒記錄一次脈衝信號,科學家將其取名為脈衝星。

  脈衝星屬於高速自轉的中子星,最快轉動的周期能達到毫秒量級,是除黑洞外密度最大的天體。所以,脈衝星可以作為天然實驗室,檢驗極端物理環境下的物質運動規律。比如驗證強引力場的愛因斯坦廣義相對論效應,以及引力波等現象。

  FAST去年9月25日在貴州省平塘縣的喀斯特窪坑中落成。FAST工程由我國天文學家於1994年提出構想,從預研到建成歷時22年,由中國科學院國家天文臺主導建設,是具有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。

  FAST核心科學目標就是搜尋和發現射電脈衝星。人類迄今已發現2700餘顆脈衝星。但在FAST問世以前,中國望遠鏡從未捕捉到新的脈衝星。

  新京報記者倪偉

原標題:『中國天眼』首次發現多顆脈衝星 有助發展星際導航
來源:新京報  作者:倪偉  編輯:吳玉嬋
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