脉衝星家族首次有了“中国星”

成舍我

中国科学院国家天文臺10日宣佈，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，已探测到数十个优质脉衝星候选体，其中6颗通过国际认证。这是中国首次使用自主设备发现新脉衝星，专家表示，这初步展示了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时代，而澳洲专家亦表示，FAST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。未来，FAST將有望发现更多守时精准的毫秒脉衝星，对脉衝星计时阵探测引力波做出原创贡献。

FAST是中国「十一五」重大科技基础设备之一，于2016年9月25日竣工进入试运行、试调试阶段。它位于贵州省平塘县喀斯特洼地之中，接收面积相当于30个足球场大小，是目前世界最大、最灵敏的单口径射电望远镜。

FAST献首批重大成果

国家天文臺台长严俊介绍，经过一年的调试，FAST实现了指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行。调试进展超过预期和同类国际设备，此次发现的脉衝星，就是首批重大成果。

FAST工程副总工程师李菂介绍，目前已探测到数十个优质脉衝星候选体，目前已有6颗脉衝星通过系统认证。

搜寻和发现射电脉衝星是FAST核心科学目标。脉衝星由恆星演化和超新星爆发产生，具有地面实验室无法实现的极端物理性质，是理想的天体物理实验室。

在这6颗脉衝星中，有两颗是今年8月22日、25日在南天银道面通过漂移扫描发现。其中一颗编號J1859-0131（又名FP1-FAST pulsar #1），自转週期为1.83秒，据估算距离地球1.6万光年；另一颗编號J1931-01（又名FP2），自转週期0.59秒，据估算距离地球约4100光年。

银河系中有大量脉衝星，但其信號闇弱，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望远镜是发现脉衝星的理想设备，李菂表示，FAST在调试初期发现脉衝星，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时代。

脉衝星组阵列可测引力波

对于公众普遍关注的引力波话题，李菂告诉记者， 通过对快速旋转的射电脉衝星进行长期监测，选取一定数目的脉衝星组成计时阵列，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，FAST將有希望发现更多守时精准的毫秒脉衝星，对脉衝星计时阵探测引力波做出原创贡献。此外，准确的时钟信號也能为航天器导航等重大科学及技术应用提供理想工具。

澳洲科学及工业研究院Parkes望远镜科学主管乔治．霍布斯在发布会现场表示，FAST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。

“天眼”未来还会发现什么？

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颗脉衝星。

10日，中国科学院国家天文臺宣佈，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，並确认多颗新发现脉衝星。

脉衝星家族首次有了“中国星”

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

国家天文臺公佈了这2颗脉衝星的具体资讯：前者自转週期为1.83秒，距离地球约1.6万光年，后者自转週期为0.59秒，距离地球约4100光年，分別由“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衝星候选体，其中6颗通过国际认证。

据科学家介绍，脉衝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，每立方釐米重达上亿吨，一块方糖大小就相当于地球上一万艘万吨巨轮的重量。脉衝星自转速度很快、自转週期精确，是宇宙中最精准的时钟。正因如此，脉衝星会发射一断一续的週期性脉衝信號，就好比转动的灯塔发出忽明忽暗的光。

这一特殊“本领”，让脉衝星在计时、引力波探测、广义相对论检验等领域具有重要应用。李菂说，脉衝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，脉衝星的自转週期极其稳定，准确的时钟信號为引力波探测、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衝星进行长期监测，选取一定数目的脉衝星组成计时阵列，就可以探测来自超大品质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著这个看似不可思议的世界级专案。

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，系统內调试看起来都没问题，但各系统联调后，系统间的通信、演算法的统一、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，晚上集中开会商討，连夜改程式，第二天又接著试新方案，反復调到最优。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，漂移扫描方式在脉衝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体，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衝星候选体。

国家天文臺研究员、“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”，將主导未来宇宙天图

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

首位发现脉衝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、独特的脉衝星，包括发现围绕黑洞旋转的脉衝星。

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

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佈，能帮助科学家进一步弄清银河系和银河外星系的结构，解开宇宙大爆炸等宇宙起源和演化之谜。“‘中国天眼’將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。”国家天文臺“天眼”专案高级博士后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，说不定將来会有令人振奋的消息。

根据凤凰、中新网等综合采编

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