實施“多科學(xué)目標(biāo)同時巡天”優(yōu)先重大項目
“中國天眼”有了新發(fā)現(xiàn)(科技視點)
“中國天眼”全景。
新華社記者 歐東衢攝
技術(shù)人員對“中國天眼”的饋源艙進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。
新華社記者 歐東衢攝
近日,中國科學(xué)院國家天文臺研究員李菂領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊,通過500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(“中國天眼”)的“多科學(xué)目標(biāo)同時巡天”優(yōu)先重大項目,發(fā)現(xiàn)了迄今為止唯一一例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴“FRB 20190520B”。
快速射電暴是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象,在1毫秒的時間內(nèi)釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。李菂說:“這個發(fā)現(xiàn)揭示了活躍重復(fù)暴周邊的復(fù)雜環(huán)境有類似超亮超新星爆炸的特征,挑戰(zhàn)了對快速射電暴色散分析的傳統(tǒng)觀點,為構(gòu)建快速射電暴的演化模型、理解這一劇烈的宇宙神秘現(xiàn)象打下了基礎(chǔ)。”
該成果于北京時間2022年6月9日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志發(fā)表。
“中國天眼”在幾年前就開展了快速射電暴的搜尋工作
快速射電暴的研究歷程并不長,2007年首次確定了它的存在,2016年探測到第一例重復(fù)爆發(fā)的快速射電暴,打破了人們對快速射電暴的傳統(tǒng)認(rèn)知,目前該領(lǐng)域已成為天文學(xué)最新研究熱點之一。全球已公布了近500例快速射電暴,僅不到10例有活躍爆發(fā)(即在其窗口期內(nèi)頻繁爆發(fā))。此前并未發(fā)現(xiàn)存在持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴。
作為世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡,“中國天眼”在幾年前就開展了快速射電暴的搜尋工作。2020年,“多科學(xué)目標(biāo)同時巡天”優(yōu)先重大項目公布了基于調(diào)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的四例新的非重復(fù)快速射電暴,這幾例快速射電暴是“中國天眼”首批發(fā)現(xiàn)的快速射電暴,填補(bǔ)了快速射電暴在高色散低流量通量的樣本空白。
2019年5月20日,一例重復(fù)快速射電暴被探測到,依據(jù)慣例,論文第一作者、國家天文臺青年學(xué)者牛晨輝用探測日期來命名快速射電暴,稱為“FRB 20190520B”。
牛晨輝說:“在最初被探測到時,這一快速射電暴就表現(xiàn)出活躍的跡象。我們在同一個波束掃過的10秒鐘內(nèi),看到了3次爆發(fā),而20秒后,另外一個波束掃到相鄰位置時又探測到1次爆發(fā)。”
根據(jù)“中國天眼”漂移掃描中最開始發(fā)現(xiàn)的4次爆發(fā)的時間及望遠(yuǎn)鏡指向,科研人員將爆發(fā)區(qū)域縮小到了5角分的范圍內(nèi),而這也為后續(xù)利用干涉陣列跟蹤提供了相對精確可靠的位置信息。
據(jù)了解,“多科學(xué)目標(biāo)同時巡天”優(yōu)先重大項目由李菂負(fù)責(zé),快速射電暴的搜尋工作是該項目中的一個重要方向。國家天文臺研究員朱煒瑋負(fù)責(zé)的“中國天眼”另一優(yōu)先重大項目“快速射電暴巡天”為“FRB 20190520B”的后隨觀測提供了重要支撐。
持續(xù)射電源的發(fā)現(xiàn),為揭示這一快速射電暴的起源提供了重要線索
為了獲取這一快速射電暴更精確的位置,從而找出其宿主星系,科研團(tuán)隊申請了美國甚大陣列的觀測,于2020年7月20日開始對“FRB 20190520B”的搜尋觀測。
牛晨輝說:“由于‘中國天眼’提供的位置相對精確以及‘FRB 20190520B’非常活躍,我們在第一次的美國甚大陣列觀測中就探測到了來自‘FRB 20190520B’的爆發(fā),并將該源的位置限制在了亞角秒的范圍內(nèi)。”
更令人興奮的是,他們在快速射電暴成協(xié)的位置,發(fā)現(xiàn)了一顆致密的持續(xù)射電源的存在,這是繼首例重復(fù)暴“FRB 20121102A”后,第二例探測到伴隨有致密持續(xù)射電源的快速射電暴。
然而,這個持續(xù)射電源的對應(yīng)體究竟是什么還未知,可能是活動星系核,也可能是超新星爆炸遺跡的輻射。牛晨輝說:“不管怎樣,持續(xù)射電源的發(fā)現(xiàn),為揭示這一快速射電暴的起源提供了重要線索。”
有了角秒級的定位,科研團(tuán)隊通過搜尋存檔的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù),找到了這一快速射電暴的宿主星系,并馬上組織了對宿主星系的光學(xué)后隨觀測。通過美國帕洛瑪200英寸望遠(yuǎn)鏡和凱克望遠(yuǎn)鏡,他們分別得到了兩組光譜。分析發(fā)現(xiàn),這兩組光譜數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出一致的結(jié)果:“FRB 20190520B”的宿主星系是一個紅移0.241的矮星系,距離地球33億光年。
“中國天眼”的“多科學(xué)目標(biāo)同時巡天”優(yōu)先重大項目迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少6例新快速射電暴
此次“中國天眼”發(fā)現(xiàn)的首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴與美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡2016年發(fā)現(xiàn)的首例重復(fù)暴“FRB 20121102A”非常相似。“FRB 20121102A”是人類發(fā)現(xiàn)的第一個快速射電暴重復(fù)暴和第一個被定位的快速射電暴,也是此前唯一被確認(rèn)有致密射電源對應(yīng)體的快速射電暴。
李菂說:“二者都極為活躍,都擁有復(fù)雜的電磁環(huán)境,而‘FRB 20190520B’各方面的特征都更為極端。例如,‘FRB 20121102A’存在爆發(fā)活躍期,但是‘FRB 20190520B’從未停止爆發(fā),目前‘中國天眼’已經(jīng)探測到了后者幾百次爆發(fā)。”
本研究發(fā)現(xiàn)的初步結(jié)果公布后,引起了國際天文界的廣泛關(guān)注,這一重要發(fā)現(xiàn)已經(jīng)催生數(shù)篇創(chuàng)新模型文章,例如散射時標(biāo)模型、超新星爆炸解釋等。
綜合“中國天眼”的近期觀測數(shù)據(jù),“FRB 20121102A”和“FRB 20190520B”很可能處在快速射電暴初生階段。
李菂說:“‘中國天眼’的持續(xù)觀測,特別是執(zhí)行‘快速射電暴巡天’優(yōu)先重大項目,有望建立全新的快速射電暴演化圖景。”
快速射電暴領(lǐng)域創(chuàng)始人鄧肯·洛里默對此評價說:“基于‘FRB 20190520B’這些特征及其持續(xù)射電源的存在,我認(rèn)為快速射電暴可能有不同的分類。隨著快速射電暴樣本的持續(xù)增長,預(yù)計未來幾年內(nèi),我們能夠撥開快速射電暴神秘的面紗。”
據(jù)悉,“中國天眼”的“多科學(xué)目標(biāo)同時巡天”優(yōu)先重大項目迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少6例新快速射電暴,正在為揭示宇宙中這一神秘現(xiàn)象的機(jī)制、推進(jìn)天文學(xué)這一全新領(lǐng)域的研究做出獨特的貢獻(xiàn)。
延伸閱讀
“中國天眼”正式驗收至今已兩年多,運行效率和質(zhì)量不斷提高,年觀測時長超過5300小時,并取得了一批重要科研成果。
除了在發(fā)現(xiàn)快速射電暴方面的成果,我國科學(xué)家還利用“中國天眼”,為解決恒星形成三大經(jīng)典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據(jù)。
脈沖星能夠發(fā)射出高度周期性的脈沖,周期在毫秒到幾十秒之間。被稱為“毫秒脈沖星”的短周期脈沖星,其周期的長期穩(wěn)定度可以與地球上最好的原子鐘相媲美。因此,發(fā)現(xiàn)脈沖星是國際大型射電望遠(yuǎn)鏡觀測的主要科學(xué)目標(biāo)之一。截至目前,“中國天眼”共發(fā)現(xiàn)約500顆脈沖星,成為自運行以來世界上發(fā)現(xiàn)脈沖星效率最高的設(shè)備。
隨著性能的提升,“中國天眼”的科學(xué)潛力還將進(jìn)一步顯現(xiàn)。未來,“中國天眼”還將搜尋發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星,希望能看到更遙遠(yuǎn)的銀河系外的脈沖星,同時繼續(xù)巡視宇宙中的中性氫,幫助科學(xué)家研究各尺度宇宙,以探索宇宙起源和演化等重要科學(xué)問題。
《 人民日報 》( 2022年06月13日 第 19 版)
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