“中国天眼”发现脉冲星 实现我国该领域“零的突破”

10月10日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。

 资  讯 

“中国天眼”首次发现新脉冲星

即时 | 2017-10-11 09:48

被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)终于迎来首批成果。今天,中国科学院科学传播局、中国科学院国家天文台在北京举行新闻发布会宣布,FAST已于今年8月22日、25日发现两颗新脉冲星——这是我国射电望远镜首次发现新脉冲星,也是中国人首次用自己的望远镜发现新脉冲星。

FAST是我国“十一五”重大科技基础设备之一,由国家发展改革委投资建设,于2016年9月25日竣工进入试运行、试调试阶段。国家天文台研究员、FAST工程首席科学家、总工程师南仁东将其定义“为下一代天文学家准备的观测设备”,是目前世界上最灵敏的单口径射电望远镜。

在今天的新闻发布会上,国家天文台台长严俊表示,经过一年的紧张调试,FAST已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,调试进展超过预期及大型同类设备的国际惯例,而且已开始系统的科学产出。这其中就包括今天对外发布的“新脉冲星的发现”。

国家天文台研究员、FAST工程副总工程师李菂说,截至目前,FAST望远镜已探测到数十个优质脉冲星候选体,其中两颗通过国际认证:一颗编号J1859-0131(又名FP1-FAST pulsar #1),自转周期为1.83秒,据估算距离地球1.6万光年;一颗编号J1931-01(又名FP2),自转周期0.59秒,据估算距离地球约4100光年。这两颗脉冲星都是由FAST在南天银道面通过漂移扫描发现的。

李菂说,对脉冲星进行研究,有望得到许多重大物理学问题的答案。不过,由于脉冲星信号暗弱,易被人造电磁干扰淹没,目前只观测到一小部分。具有极高灵敏度的FAST是发现脉冲星的理想设备——其接收面积相当于30个足球场大小。

他今天还透露,接下来两年,FAST将继续调试,以期达到设计指标,通过国家验收,实现面向国内外学者开放。与此同时,FAST也有望发现更多守时精准的毫秒脉冲星。

“中国天眼”睁眼“看见”2颗脉冲星

即时 | 2017-10-11 09:47

新华社北京10月10日电(记者董瑞丰、齐健)4100光年,1.6万光年。坐落在贵州群山之中的“中国天眼”,刚一“睁眼”就“看见”了离地球如此遥远的2颗脉冲星。

10日,中国科学院国家天文台宣布,500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认多颗新发现脉冲星。

脉冲星家族首次有了“中国星”

这是我国的天文设备第一次发现脉冲星,实现了该领域“零的突破”。自1967年发现第一颗脉冲星以来,过去的50年里,人类发现的脉冲星家族至少有2700个成员了。

国家天文台公布了这2颗脉冲星的具体信息:前者自转周期为1.83秒,距离地球约1.6万光年,后者自转周期为0.59秒,距离地球约4100光年,分别由“中国天眼”于今年8月22日、25日在南天银道面通过漂移扫描发现。

这只是“中国天眼”的部分发现。“天眼”工程副总工程师李菂介绍,“天眼”调试进展超过预期,目前已探测到数十个优质脉冲星候选体,其中6颗通过国际认证。

据科学家介绍,脉冲星是一种高速自转的中子星,由恒星演化和超新星爆发产生。它的密度极高,每立方厘米重达上亿吨,一块方糖大小就相当于地球上一万艘万吨巨轮的重量。脉冲星自转速度很快、自转周期精确,是宇宙中最精准的时钟。正因如此,脉冲星会发射一断一续的周期性脉冲信号,就好比转动的灯塔发出忽明忽暗的光。

这一特殊“本领”,让脉冲星在计时、引力波探测、广义相对论检验等领域具有重要应用。李菂说,脉冲星具有在地面实验室无法实现的极端物理性质,对其进行研究有望得到许多重大物理学问题的答案。譬如,脉冲星的自转周期极其稳定,准确的时钟信号为引力波探测、航天器导航等重大科学及技术应用提供了理想工具。

“通过对快速旋转的射电脉冲星进行长期监测,选取一定数目的脉冲星组成计时阵列,就可以探测来自超大质量双黑洞等天体发出的低频引力波。”李菂说。

澳大利亚科学及工业研究院Parkes望远镜科学主管乔治·霍布斯说,“天眼”的调试以及逐渐产出成果,是目前国际天文学界最激动人心的事件之一。

调试一年就出成果,告慰“天眼之父”南仁东

“天眼”的最初构想来自已故天文学家南仁东。从1994年提出设想,到2016年正式启用,22年间,南仁东和他的团队全力推动着这个看似不可思议的世界级项目。

设计和结构均无先例可循,“天眼”前期调试遇到巨大困难。“天眼”工程总工艺师王启明说,各系统一开始专注于设备跟踪维护,系统内调试看起来都没问题,但各系统联调后,系统间的通信、算法的统一、安全协调等一系列问题逐步暴露出来。

联调期间,“天眼”人的工作状态基本上是白天分头干活,晚上集中开会商讨,连夜改程序,第二天又接着试新方案,反复调到最优。在“天眼”落成启用后的380个日日夜夜里,除非停电,总控机房总是二十四小时无休。白天,工程团队和施工方的人员集中进行调试;晚上,科研人员会把面型固定好,让其指向一个特定的天区,通过地球自转,让天空从望远镜上方漂移扫描过去。

李菂说,漂移扫描方式在脉冲星搜索上很少被运用,但调试期间只能用这种方式,为此,科研人员不仅需要重新设计软件,数据处理上也要付出更多劳动,但最终结果是令人振奋的,“天眼”每次扫描都能获得一到两个高质量的脉冲星候选体。

国家天文台研究员、“天眼”工程副经理彭勃说,国外同类大型射电望远镜建成后一般需要3年至5年的调试阶段,而“天眼”调试了一年就获得了初步成果。

“天眼”会寻找“外星人”,将主导未来宇宙天图

中外科学家都期待“天眼”的发现从量变转为质变。“天眼”若能第一个捕获河外星系脉冲星,将具有开创性意义。李菂和他的研究小组已经在为观测河外星系脉冲星做技术上的准备,最早于明年初会进行尝试。

首位发现脉冲星的天文学家乔瑟琳·贝尔今年早些时候参观了“中国天眼”,她期待这座世界最大的射电望远镜能发现更多微弱、遥远、独特的脉冲星,包括发现围绕黑洞旋转的脉冲星。

对于观测范围可达已知宇宙边缘的“天眼”来说,发现脉冲星只是使命之一,未来,它还将在中性氢观测、谱线观测、寻找可能的星际通讯信号等方面大放异彩。

宇宙大爆炸学说认为,中性氢是宇宙中几乎与大爆炸同龄的“老人家”,观测和研究中性氢的分布,能帮助科学家进一步弄清银河系和河外星系的结构,解开宇宙大爆炸等宇宙起源和演化之谜。“‘中国天眼’将通过巡视宇宙中的中性氢,绘制出最新最大的标准宇宙天图。”国家天文台“天眼”项目高级博士后Marko Krco(马可)说。

“中国天眼”甚至还能“监听”宇宙中可能存在的外星文明发出的无线电波。澳大利亚科学及工业研究院Parkes望远镜科学主管乔治·霍布斯说,Parkes望远镜目前有20%的时间分配给了“寻找外星人”,但仍一无所获,“中国天眼”看得更远,说不定将来会有令人振奋的消息。

对话脉冲星搜索组成员:将来可探测到数千颗脉冲星

即时 | 2017-10-11 08:58

脉冲星搜索组成员王培:

将来可探测到

数千颗脉冲星

经过一年的调试,世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)终于观测到了“天外来客”。昨日,FAST首批成果新闻发布会在中国科学院国家天文台举行。国家天文台研究员李菂在会上表示,FAST探测到数十个优质脉冲星候选体,经国际合作,如利用澳大利亚64米Parkes望远镜,进行后随观测认证,目前两颗脉冲星已通过系统认证。这是中国人第一次使用自己的望远镜找到新的脉冲星。

记者:FAST发现脉冲星的意义是什么?

王启明(FAST总工艺师):脉冲星是快速转动的中子星,而最快转动的周期达到毫秒量级,1.4毫秒。中子星是大质量恒星的演化产物,相当于十几个太阳的恒星在其核能燃烧耗尽以后,将经历超新星爆发,期间星体的核心部分塌缩成高度致密的中子星,其质量大约一个太阳,而半径只有约10千米。打个比方,中子星相当于太阳系的全部质量压缩到一个城市。所以它的密度很高,一个乒乓球大小的中子星物质相当于喜马拉雅山的质量。其磁场也非常高,达到万亿高斯, 即地磁场的万亿倍。所以,脉冲星可以作为天然的空间实验室,用来检验极端物理环境下的物质运动规律,诸如验证强引力场的爱因斯坦广义相对论效应,包括引力波现象。中子星的高度致密物质物态还是检验核物理理论的极佳场所;其强磁场导致的电磁辐射现象也是等离子体物理的研究领域。

此外,脉冲星的转动是高度稳定的,自转周期极为稳定,其周期变慢一秒大约需要千万年时间,这与实验室制备的氢原子钟一样稳定,堪称宇宙最精准的钟或 “宇宙灯塔”,成为人类测量宇宙的探针。基于这一性质,脉冲星可以作为导航时间信标参考。之前发射的脉冲星导航试验卫星XPNAV-1就是应用案例。

可以利用脉冲星去研究黑洞周围的神秘空间。对脉冲星进行观测,不仅能够研究脉冲星自身的极端物理状态,还能对星际介质、银河系磁场、引力波等目标进行研究。也正因为脉冲星的特殊性,诺贝尔物理学奖两度授予了脉冲星相关发现。

目前已知的2700多颗脉冲星中,大部分脉冲星是澳大利亚Parkes望远镜使用多波束接收机通过巡天观测找到的。

记者:FAST的接收机目前是单波束的,将来会不会安装多波束的接收机?

王启明:现在我们用的是6台单波束的接收机,因为去年9月份以来一直在进行调试,其实到现在还在调试之中。我们也有一台19波束的接收机,最快的话大概今年年底就会安装好。多波束接收机装好以后,一个望远镜能顶好几个用,到时候,我们观测脉冲星的能力就会大大提高。由于我们FAST的灵敏度非常高,所以将来能探测到的脉冲星会非常多,之前专家也预测过,能达到几千颗。

记者:这次FAST探测到数十个优质脉冲星候选体,为什么只有两个得到认证?

王启明:这主要是出于从科学上的严谨出发,其实我们在几个月前就已经探测到了脉冲星信号,但要跟之前别人探测到的进行区分,还要由别的国家的望远镜进行进一步验证。打个比方,如果你最后探测到的只是其他的干扰信号,你就仓促公布了,那最后不就成了笑话了吗?所以,我们本着严谨的科学态度,经过其他国家的科学机构的验证之后,我们才公布这个消息。

此外,要在几万张,甚至几十万张类似的图片中找出一张脉冲星的信号,这个工作量是非常大的。

记者:FAST是如何观测到脉冲星的?

王培(国家天文台助理研究员、脉冲星搜索组成员):脉冲星的脉冲就像人的脉搏一样,是稳定出现的短促的无线电信号,比如,被人类发现的第一颗脉冲星,每两脉冲间隔时间是1.337秒,其他脉冲还有短到0.0014秒的,最长的也不过十多秒。每当脉冲星辐射扫过地球,地面的射电望远镜就收到一个信号, 地面上的望远镜就会记录到像“心电图”一样的系列脉冲。

脉冲星由于其信号暗弱,易被人造电磁干扰淹没,目前只观测到一小部分。脉冲星发出的脉冲在到达地球之前,会受到银河系空间中的星际介质影响,发生“色散”。色散效应会导致脉冲星高频的电磁波比低频的电磁波先到达地球。为了能够得到高信噪比的脉冲信号,我们需要在数据处理的过程中抵消掉色散带来的延时,进行去干扰、“消色散”。大家现在看到的脉冲信号图,都经过了后期的很多处理。因为我们也不知道脉冲星在哪里,参数是多少,我们要去辨别它的参数空间,经过地毯式搜索,最后得到具有脉冲星特征的信号规律,也就是现在看到的这些脉冲波形。

记者:使用19波束接收机后,将来是否可发现更多脉冲星?

王培:是的。观测能力会大大提高,但这些天上的东西,能观测到多少要看运气,现在要说一个准数,也不是太靠谱。当然,在已经发表的学术期刊文章上,很多国内外的专家进行过预测和模拟,随着接收机性能的改进和设备调优,会有不同的模拟结果,最多的是几千颗。当然,这依赖于设备调优的结果,我们的搜索策略,以及我们的运气。

“中国天眼”发现脉冲星 实现我国该领域“零的突破”

即时 | 2017-10-11 07:27

10月10日,在中科院国家天文台,FAST工程副总工程师李菂在介绍新脉冲星发现过程。当日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。新华社记者金立旺 摄


10月10日,在中科院国家天文台,FAST工程副总工程师李菂在介绍新脉冲星发现过程。当日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。新华社记者金立旺 摄


10月10日,在中科院国家天文台,FAST工程副总工程师李菂在介绍新脉冲星发现过程。当日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。新华社记者金立旺 摄


10月10日拍摄的发布会现场。当日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。新华社记者金立旺 摄


10月10日,在中科院国家天文台,FAST工程副总工程师李菂在介绍新脉冲星发现过程。当日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。新华社记者金立旺 摄


工作人员在FAST馈源舱内工作(8月10日摄)。 10月10日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。新华社记者欧东衢 摄


工作人员在FAST馈源舱内工作(8月10日摄)。 10月10日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。新华社记者欧东衢 摄


FAST在满天繁星下呈现出的美丽景观(2016年6月27日摄)。 10月10日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。新华社记者刘续 摄


“中国天眼”FAST馈源舱(8月9日航拍)。 10月10日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。新华社记者欧东衢 摄


工作人员在FAST总控室内工作(8月9日摄)。 10月10日,中国科学院国家天文台宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。新华社记者欧东衢 摄

FAST望远镜首次新发现脉冲星 6颗通过国际认证

即时 | 2017-10-10 11:02

中新网客户端10月10日电(记者 张素) 经过一年的紧张调试,世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(简称FAST)探测到数十个优质脉冲星候选体,其中6颗通过国际认证。这是中国射电望远镜首次新发现脉冲星。

10月10日,由中国科学院科学传播局、中国科学院国家天文台主办的FAST取得首批成果的新闻发布会在国家天文台举行。国家天文台台长严俊介绍了FAST工程竣工一年来的各项工作进展。

国家天文台研究员李菂指出,一年以来,FAST望远镜调试进展超过预期;中国射电望远镜首次发现脉冲星,探测到数十个优质脉冲星候选体,其中6颗通过国际认证。这是中国射电望远镜首次新发现脉冲星。

据介绍,其中一颗编号J1859-0131(又名FP1-FAST pulsar #1),自转周期为1.83秒,据估算距离地球1.6万光年;一颗编号J1931-01(又名FP2),自转周期0.59秒,据估算距离地球约4100光年。这两颗脉冲星分别由FAST于今年8月22日、25日在南天银道面通过漂移扫描发现。

据了解,搜寻和发现射电脉冲星是FAST核心科学目标。银河系中有大量脉冲星,但由于其信号暗弱,易被人造电磁干扰淹没,目前只观测到一小部分。具有极高灵敏度的FAST望远镜是发现脉冲星的理想设备,FAST在调试初期发现脉冲星,得益于卓有成效的早期科学规划和人才、技术储备,初步展示了FAST自主创新的科学能力,开启了中国射电波段大科学装置系统产生原创发现的激越时代。未来,FAST将有希望发现更多守时精准的毫秒脉冲星,对脉冲星计时阵探测引力波做出原创贡献。

接下来的两年,FAST将继续调试,以期达到设计指标,通过国家验收,实现面向国内外学者开放。同时进一步验证、优化科学观测模式,继续催生天文发现,力争早日将FAST打造成为世界一流水平望远镜设备。

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