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找到两颗脉冲星后,FAST未来还会发现什么?

科普小知识2022-07-11 00:03:58
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4100光年和16000光年。位于贵州山区的“中国之眼”一睁开眼睛就看到了离地球如此之远的两颗脉冲星。

中国科学院国家天文台10日宣布,500米球面射电望远镜经过一年的密集调试,已经实现了指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的平稳运行,并确认了许多新发现的脉冲星。

找到两颗脉冲星后,FAST未来还会发现什么?

脉冲星家族首次拥有“中国之星”

这是中国天文设备首次发现脉冲星,并在这一领域实现了“零突破”。自从1967年发现第一颗脉冲星以来,在过去的50年里,人类已经发现了至少2700个脉冲星家族成员。

国家天文台公布了两颗脉冲星的具体信息:前者的旋转周期为1.83秒,距离地球约16000光年,而后者的旋转周期为0.59秒,距离地球约4100光年。这两颗脉冲星是“中国之眼”于今年8月22日和25日在南银河平面通过漂移扫描发现的。

这只是“中国之眼”发现的一部分。“天眼”项目副总工程师李殊表示,“天眼”的调试进度超出预期,已经检测出几十颗高质量的脉冲星候选,其中6颗已经通过国际认证。

根据科学家的说法,脉冲星是高速旋转的中子星,是由恒星演化和超新星爆炸产生的。它的密度极高,每立方厘米重达数亿吨,一立方糖的大小相当于地球上一万艘巨轮的重量。脉冲星是宇宙中最精确的时钟,因为它们旋转速度快,旋转周期精确。正因为如此,脉冲星发出周期性的脉冲信号,这种信号会中断并持续,就像旋转的灯塔发出闪烁的光一样。

这种特殊的“能力”使脉冲星在计时、引力波探测、广义相对论检验等领域有着重要的应用。李殊说,脉冲星具有地面实验室无法实现的极端物理特性,对脉冲星的研究有望为许多重大物理问题提供答案。例如,脉冲星的旋转周期极其稳定,精确的时钟信号为引力波探测、航天器导航和其他重大科技应用提供了理想的工具。

通过对快速旋转的射电脉冲星进行长期监测,并选择一定数量的脉冲星组成时序阵列,可以探测到超大质量双黑洞和其他天体发出的低频引力波李殊说。

澳大利亚科学和工业研究所巴夏礼望远镜科学主任乔治·霍布斯说,“天眼”的试运行和结果的逐步产生是目前国际天文学界最激动人心的事件之一。

经过一年的调试,结果将出来,安慰南人东,这是“天父的眼睛”

“天眼”的最初想法来自已故天文学家南·任栋。从1994年项目提出到2016年正式启动,南和他的团队已经推动这个看似不可思议的世界级项目22年了。

设计和结构都没有先例,“田燕”的早期调试遇到了很大的困难。“天眼”项目的首席技术专家王其明表示,这些系统最初的重点是设备跟踪和维护,系统调试似乎没有问题。然而,系统协调后,系统间通信、算法统一、安全协调等一系列问题逐渐暴露出来。

在联合调动期间,“天眼”人员的工作条件基本上是白天分头工作,晚上开会讨论,一夜之间改变程序,第二天反复试验新的方案,以达到最佳状态。在“田燕”完工后的380天380夜里,除非停电,否则主控室总是24小时开放。白天,工程团队和施工人员将专注于调试。晚上,研究人员将固定表面形状,使其指向特定的天空区域。通过地球的旋转,天空将漂移,并在望远镜上扫描。

李殊说,漂移扫描方法很少用于脉冲星搜索,但它只能在调试期间使用。因此,研究人员不仅需要重新设计软件,还需要在数据处理方面付出更多的努力。然而,最终的结果是令人兴奋的,“天眼”可以为每次扫描获得一两个高质量的脉冲星候选者。

国家天文台研究员、“天眼”项目副经理彭波表示,国外类似的大型射电望远镜建成后,调试通常需要3至5年时间,而“天眼”经过一年的调试,已经取得初步成果。

“天眼”寻找“外星人”主宰未来宇宙图谱

国内外的科学家都期待“天眼”的发现从量变到质变。如果“天眼”能够第一个捕捉到银河系外的脉冲星,它将具有开创性的意义。李殊和他的研究团队已经在为观测银河系外的脉冲星做技术准备,并将最早在明年进行尝试。

发现脉冲星的天文学家乔斯林·贝尔今年早些时候参观了“中国之眼”。她预计世界上最大的射电望远镜将发现更多微弱、遥远和独特的脉冲星,包括围绕黑洞旋转的脉冲星。

对于观测范围可以达到已知宇宙边缘的“天眼”,脉冲星的发现只是其任务之一。未来,它还将在中性氢观测、光谱线观测和寻找可能的星际通信信号方面大放异彩。

大爆炸理论认为中性氢是一个“老人”,几乎与宇宙中的大爆炸年龄相同。观察和研究中性氢的分布有助于科学家进一步了解星系和星系外星系的结构,并解开宇宙起源和演化的谜团,如大爆炸。“‘中国之眼’将通过检查宇宙中的中性氢来绘制最新最大的标准宇宙天空图。国家天文台“天眼”项目的高级博士后研究员马克·科(Marco)说。

“中国之眼”甚至可以“听”到来自宇宙中可能的外星文明的无线电波。澳大利亚科学与工业研究所巴夏礼望远镜的科学主任乔治·霍布斯说,巴夏礼望远镜目前有20%的时间用于“寻找外星人”,但仍然一无所有。“中国之眼”展望未来,未来可能会有令人兴奋的消息。