“中国天眼”交出了一份举世瞩目的成绩单 未来还将瞄准哪里?
2022-01-06 11:11:12 来源: 文汇报

正式运行两年,“中国天眼”(FAST)交出了一份举世瞩目的成绩单。未来,FAST还将瞄准哪些方向发力?在昨天举行的新闻发布会上,中国科学院院士、中科院国家天文台研究员武向平就“中国天眼”的后续研究计划作了介绍。

关注中性氢宇宙和快速射电暴

继续探索快速射电暴(FRB),是FAST的一项重要科学任务。作为宇宙中最神秘的现象之一,FRB在射电波段的最亮爆发持续仅几毫秒。2007年最初被发现时,它被怀疑为来自河外星系的脉冲信号,因其起源与物理机制完全未知,是当今天体物理学领域的最大热点之一。

历史数据中,FRB重复暴的偏振特性单一无法区分辐射,是磁层起源还是激波起源?利用FAST望远镜观测已发现,偏振位置角的快速变化强烈暗示辐射起源可能来自磁层。接下来,将充分发挥FAST的灵敏度优势,开展快速触发FRB后随观测。具体工作包括:监测产生FRB的磁星、跟进重复暴发FRB,以及深化多波段共视观测FRB国际合作,及时跟进针对高能暂现源、特殊伽马暴和超亮超新星的观测等,从而探究FRB的物理本质。

FAST的另一个重点观测领域是中性氢。中性氢是宇宙中丰度最高的元素,广泛存在于宇宙的不同时期,是不同尺度物质分布的最佳示踪物之一。FAST望远镜是探测暗弱中性氢源的利器。通过FAST的中性氢星系巡天,预计未来可探测到10万个以上星系的中性氢谱线,可揭示星系中原子气体的含量与星系性质的关系及其在星系演化中的作用。此外,该项观测还有可能发现大量银河系高速云,从而揭示银河系气体的吸积过程,并发现暗星系和各种特殊星系。

目前,研究团队已完成相应准备工作,即将开始大规模的宇宙大尺度,以及局部宇宙、星系间、最邻近的星系等不同尺度的巡天,乃至更小尺度的各类深度巡天。据悉,FAST可观测整个天区的crafts巡天,将覆盖一半天区以上,可探索宇宙物质在不同尺度上的分布,进一步理解暗物质、暗能量的属性,解读星系形成和演化过程。

开展大样本高精度脉冲星搜寻

作为大质量恒星死亡后的“遗骸”,脉冲星能够发射出高度周期性的脉冲,周期在1.4毫秒到23秒之间。FAST是目前脉冲星最高精度测时设备,其测时精度比国际脉冲星测时阵IPTA提高了5至40倍,在脉冲星弱源观测上具有无可比拟的优势,FAST的5分钟积分即可达到百纳秒级的精度。

FAST配备有19波束L波段接收机,是世界上最强大的脉冲星搜寻利器。未来,科学家还将充分挖掘FAST望远镜的科学潜力,有大量高价值源需后随跟进观测——通过脉冲星偏振、测时、闪烁等方法开展轨道测量、引力效应检验等工作,由此来测量脉冲星质量,检验脉冲星强场引力。

“中国天眼”交出了一份举世瞩目的成绩单 未来还将瞄准哪里?

目前,FAST新发现了约500颗脉冲星,包括一批最暗弱的脉冲星、挑战当代银河系电子分布模型的大色散量脉冲星、毫秒脉冲星、脉冲双星、一批模式变化和消零脉冲星,以及射电暂现源等。

FAST发现毫秒脉冲星的效率非常高,未来科学家将开展大样本高精度毫秒脉冲星和脉冲双星的搜寻,以增加中国脉冲星测时阵CPTA候选体,提高引力波探测灵敏度,检验广义相对论、建立脉冲星时间标准,研究双星系统的形成与演化、辐射束结构、轨道运动学等。

FAST高灵敏度和优异偏振响应为高精度脉冲星测时提供了基础,它将打开“纳赫兹引力波天文学”研究的窗口,开展纳赫兹引力波的直接探测研究。据介绍,中国脉冲星测时阵列合作团队利用FAST开展了高精度脉冲星测时观测,对超过20颗毫秒脉冲星实现了优于100纳秒的精度,相比于国际脉冲星测时阵列数据,精度提高了5至40倍。

据介绍,后续对这些脉冲星的测时观测可以探测来自遥远星系的低频引力波,还可用于建立脉冲星时间和空间基准,其中一些脉冲星将会成为检验引力理论的绝佳利器。(许琦敏)

责任编辑: 梅长苏