感官安寧,萬籟無聲,美麗的宇宙太空以它的神秘和絢麗,召喚我們踏過平庸,進(jìn)入它無垠的廣袤。———南仁東今天,“中國天眼”沒有辜負(fù)大家的期待,經(jīng)過兩年的緊張調(diào)試工作,已經(jīng)實現(xiàn)了跟蹤、漂移掃描、運動中掃描等多種觀測模式,數(shù)項關(guān)鍵指標(biāo)超過預(yù)期。
截至目前,發(fā)現(xiàn)了44顆被確認(rèn)的新脈沖星,有望明年下半年完成驗收并向全國天文學(xué)家開放使用。
“天眼”捕獲脈沖星
“天眼”視力越來越好
脈沖星的批量發(fā)現(xiàn)也隨之開始
去年10月國家天文臺對外公布FAST首次發(fā)現(xiàn)脈沖星,探測到數(shù)十顆優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體,其中6顆通過國際認(rèn)證。近一年過去,如今FAST已經(jīng)探測到59顆優(yōu)質(zhì)的脈沖星候選體,其中已經(jīng)有44顆得到認(rèn)證。此外,今年FAST還首次發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星并獲得了國際認(rèn)證,這是FAST繼發(fā)現(xiàn)脈沖星之后的另一重要成果。
FAST望遠(yuǎn)鏡探測到的脈沖星編號為J1859-0131(又名FP1-FAST pulsar #1),自轉(zhuǎn)周期為1.83秒,據(jù)估算距離地球1.6萬光年。
搜尋和發(fā)現(xiàn)射電脈沖星是FAST核心科學(xué)目標(biāo)。自1967年發(fā)現(xiàn)第一顆脈沖星以來,過去50年里,人類發(fā)現(xiàn)的脈沖星家族至少有2700個成員。
中國天眼 FAST
FAST首席科學(xué)家李菂介紹,脈沖星是一種高速自轉(zhuǎn)的中子星,它的密度極高,每立方厘米重達(dá)上億噸。它的自轉(zhuǎn)速度很快、自轉(zhuǎn)周期精確,是宇宙中最精確的時鐘。因此,它具有在地面實驗室無法實現(xiàn)的極端物理性質(zhì),是理想的天體物理實驗室,對其進(jìn)行研究,有希望得到許多重大物理學(xué)問題的答案。
脈沖星的自轉(zhuǎn)周期極其穩(wěn)定,準(zhǔn)確的時鐘信號為引力波探測、航天器導(dǎo)航等重大科學(xué)及技術(shù)應(yīng)用提供了理想工具。
新發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星PSR J0318+0253位置和積分脈沖輪廓。(左圖)PSR J0318+0253所在伽馬射線巡天圖像的位置;(右圖a)FAST一小時跟蹤觀測獲得的射電波段積分脈沖輪廓;(右圖b)折疊Fermi-LAT累積9年數(shù)據(jù)所獲得的伽馬光子積分脈沖輪廓。
“天眼”視力越來越好
自2016年9月25日落成啟用后,F(xiàn)AST就正式進(jìn)入為期3—5年的調(diào)試期。
FAST巨大的接收面積使其具有其他望遠(yuǎn)鏡無法比擬的優(yōu)勢,即超高的靈敏度,但這也使它的系統(tǒng)構(gòu)成更為復(fù)雜,調(diào)試工作也更具有挑戰(zhàn)性,更容易受設(shè)備故障的影響。同時,還有30噸饋源艙(安放FAST望遠(yuǎn)鏡用來接收宇宙外信號裝置系統(tǒng)的艙體)漂在高空,安全風(fēng)險也極大。
FAST調(diào)試團(tuán)隊經(jīng)過半年左右努力,于2017年8月27日第一次完成了反射面和饋源支撐的協(xié)同動作,首次實現(xiàn)了對特定目標(biāo)的跟蹤觀測,并穩(wěn)定地獲取了目標(biāo)源射電信號。這意味著“天眼”的“眼珠”可以轉(zhuǎn)動了,也標(biāo)志望遠(yuǎn)鏡最具難度及最具有風(fēng)險的功能性調(diào)試完成了。
在實現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的功能性調(diào)試之后,余下的任務(wù)主要是如何提升望遠(yuǎn)鏡的性能。FAST總工程師姜鵬表示,19波束已經(jīng)完成安裝調(diào)試。它可以將望遠(yuǎn)鏡的視場擴(kuò)大19倍,從而大幅地提升望遠(yuǎn)鏡的巡天效率,預(yù)期更多的脈沖星發(fā)現(xiàn)將由此開始。有了19波束的支持,就可以開始向驗收指標(biāo)沖刺了。
多波束的現(xiàn)場安裝情況。具有優(yōu)異性能的接收機(jī)系統(tǒng),也是我們天眼的瞳孔。
截至目前,調(diào)試工作已取得了一些非??上驳倪M(jìn)展。望遠(yuǎn)鏡的系統(tǒng)噪聲已經(jīng)控制在20K左右的水平,同時靜態(tài)掃描模式下的效率已經(jīng)達(dá)到50%以上,望遠(yuǎn)鏡的靈敏水平已經(jīng)達(dá)到了1800平方米每K的水平,靜態(tài)掃描工作模式已經(jīng)達(dá)到了望遠(yuǎn)鏡的驗收指標(biāo)。下一步的任務(wù)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(xiàn)同樣或相近的水平。
對于觀測范圍可達(dá)已知宇宙邊緣的“天眼”來說,發(fā)現(xiàn)脈沖星只是使命之一。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(jìn)行探索發(fā)現(xiàn)。
讓我們共同期待“天眼”的更多發(fā)現(xiàn)…