已发现八百余颗新脉冲星 “中国天眼”成中低频射电领域观天利器

2023-08-30 11:21:20来源：科技日报

实习记者周思同

(资料图)

近日，我国天文学家利用“中国天眼”(即500米口径球面射电望远镜，英文简称FAST)发现了脉冲星辐射新形态——矮脉冲辐射，并揭示了脉冲星辐射濒临熄灭时其磁层结构基本不变的物理事实。这一成果的发表，为“中国天眼”的“成绩单”再添一笔。中国科学院国家天文台研究员、“中国天眼”总工程师姜鹏告诉记者，拥有着高定位精度、高灵敏度的“中国天眼”，已成为我国天文学研究不可或缺的助力。

赋能高质量科学研究

据了解，当前“中国天眼”已进入成果爆发期，今年以来发布多个重要成果。

6月21日，国际学术期刊《自然》在线发表了“中国天眼”取得的一项重要成果。该成果研究团队利用“中国天眼”发现了一个其轨道周期仅为53分钟的脉冲星双星系统，这也是目前发现轨道周期最短的脉冲星双星系统。这一系统的发现，填补了蜘蛛类脉冲星系统演化模型的重要缺失环节，有助于人类进一步理解蜘蛛类脉冲星的形成和演化机制。《自然》期刊审稿人评价称，该成果发现了一个非常有趣的脉冲星双星系统，使得脉冲星双星系统的轨道周期最短纪录缩短了约30%，预示着蜘蛛类脉冲星演化中存在新的未知过程。

此外，利用“中国天眼”，由中国科学院国家天文台等单位的科研人员组成的中国脉冲星测时阵列(CPTA)研究团队还探测到了纳赫兹引力波存在的关键性证据。在此项研究中，CPTA研究团队利用“中国天眼”对57颗毫秒脉冲星进行了长期系统性监测，基于独立开发的软件，对时间跨度为3年5个月的数据进行分析研究，在4.6西格玛置信度水平(即误报率小于五十万分之一)上发现了具有纳赫兹引力波特征的四极相关信号的证据。未来通过研究纳赫兹引力波，人们可以研究广义相对论在极端条件下的适用性、推断宇宙中黑洞的演化历史，并有可能发现新的物理现象。这一成果的发表，在天文学领域具有重大意义，继续保持了我国在低频射电天文学方面的国际领先地位。

截至目前，“中国天眼”已发现800余颗新脉冲星，基于“中国天眼”的数据在《自然》(含子刊)、《科学》(含子刊)杂志上发表的高水平研究论文已达16篇，其中多项成果分别入选了《自然》评选的“2020年十大科学发现”、《科学》评选的“2020年十大科学突破”，以及2021年度和2022年度“中国科学十大进展”，并有三项研究成果入选美国天文学会亮点研究成果。

自主创新奠定技术优势

“中国天眼”能取得诸多成果，离不开其在技术上的优越性。姜鹏表示，“中国天眼”具有自主的技术创新。

“第一，‘中国天眼’采用了主动变形的反射面，可以在局部形成一个抛物面，从而改变球差，保证了望远镜的观测带宽。如果用其他方式，比如线馈这种方式，会影响到望远镜的带宽。”姜鹏说，反射面所具备的主动变位功能，令其可以在观测过程中实现由球面到抛物面的连续变位。与先前的射电望远镜相比，“中国天眼”不但更大而且更加灵活，它可利用自身反射面的不同区域形成瞬时抛物面，进而通过小型馈源装置获取来自天空不同区域的信号，这更有利于它追踪移动天体。这一技术的应用，大幅提高了“中国天眼”的天空覆盖范围和灵敏度，使其能够接收到更加微弱的射电信号，探测更宽广的宇宙深空。

“第二，‘中国天眼’采用了轻量化的馈源支撑系统设计，这可以减少支撑结构本身对反射面的遮挡，让更多的电磁波通过反射面汇聚到望远镜内部，形成更大的信号，从而提升天线的收集效率。”姜鹏说。据了解，这一创新设计以6根大跨度的柔索驱动设计方案代替美国阿雷西博望远镜的刚性背架支撑结构方案，以柔性结构代替刚性结构，使结构形式大大简化，实现了馈源的毫米级动态定位精度。

“在中低频射电领域，‘中国天眼’目前的成果数量还是比较突出的。天文学是一个发现学科，想要发表成果，就不能重复别人做过的东西、必须要去解决新的问题。‘中国天眼’所拥有的一系列特性，使得它解决了许多其他望远镜不太容易解决的问题，从而催生出一系列成果。”姜鹏表示，在未来几年内，“中国天眼”依旧会在中低频射电领域保持国际领先地位，也会持续产出更多的天文学成果。

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