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“中国天眼”首次发现多颗脉冲星 有助发展星际导航

时间:2017-10-11 08:32:42

  FAST望远镜在满天繁星下呈现出的美丽景观。新华社发

  中国科学院国家天文台10月10日宣布,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)确认发现了多颗脉冲星,这是我国天文望远镜首次发现脉冲星。

  FAST工程副总工程师李菂称,FAST调试进展超过预期,并已开始系统的科学产出。目前已经探测到数十个优质脉冲星候选体,其中6颗通过国际认证。

  脉冲星导航实验卫星(XPNAV)相关负责人向新京报记者解释,脉冲星的研究将有助于我们理解宇宙的起源,并为航天器星际航行提供精确导航。而前不久离世的FAST总工程师兼首席科学家南仁东则说过,这只巨大的“天眼”,甚至能搜寻可能存在的星外文明。

  研究脉冲星有助获得重大物理学答案

  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。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。

  据中科院科普公众号“科学大院”介绍,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。

  50年来,天文学家已经观测到2700多颗各种类型的脉冲星。因为脉冲星的特殊性,诺贝尔物理学奖两度授予了与脉冲星有关的发现(1974年度,发现第一个脉冲星;1993年度,发现第一个双星系统中的脉冲星,并利用它很好地验证了引力波辐射理论)。

  6颗被确认未来有望发现毫秒脉冲星

  国家天文台介绍,FAST已经探测到了数十个优质脉冲星候选体。经过国际合作,例如利用澳大利亚64米Parkes望远镜进行观测认证,首批认证了两颗脉冲星: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,两颗脉冲星分别于今年8月22日、25日发现。

  另有4颗脉冲星也通过了国际射电天文台认证,具体参数结果还在分析中。

  宇宙中有大量脉冲星,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。国家天文台表示,具有极高灵敏度的FAST望远镜是发现脉冲星的理想设备,未来有望发现更多守时精准的毫秒脉冲星。

  研究宇宙起源、发展星际导航

  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。“脉冲星的研究有助于我们了解中子星的内部结构和辐射机制,”脉冲星导航实验卫星(XPNAV)相关负责人表示,“中子星是恒星死亡的遗迹,知道其内部结构和辐射机制,就可以知道恒星和宇宙的演化,从而推测恒星的过去、现在,甚至预测未来。”

  该负责人介绍,目前公布的两颗脉冲星自转周期都是秒级的,如果后续能够发现毫秒级的脉冲星,有望用于航天器导航。

  “就像我们在地面需要导航,航天器在宇宙中就像汪洋中的船,更需要导航,比如指引它们去火星等其他星球。”该负责人说,目前航天器导航是通过地面发射电磁波实现的,未来利用脉冲星可以实现航天器在宇宙间自主导航,导航精度也可能更高。另外,脉冲星的研究也有望对探测引力波做出原创贡献。

  去年11月10日,我国发射脉冲星导航实验卫星。当时报道称,脉冲星导航技术成功以后,可以对卫星的位置进行跟踪测量,届时将长时间不再需要地面测控站的测量。

  -延展

  继续调试两年面向国内外学者开放

  国家天文台曾表示,FAST能够接收到137亿光年以外的电磁信号,观测范围“可达宇宙边缘”。与世界著名的德国波恩100米望远镜相比,FAST的灵敏度提高了约10倍;与美国阿雷西博350米望远镜相比,FAST的综合性能也提高了约10倍。

  FAST落成时,因脉冲星研究获得1993年诺贝尔物理学奖的约瑟夫·泰勒曾亲赴现场,“这是世界一流的望远镜,期待它能给人类带来更多重要的科学发现。”他说。

  昨天,澳大利亚Parkes望远镜科学主管乔治·霍布斯在成果发布会现场表示,FAST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。

  国家天文台表示,接下来的两年FAST将继续调试,通过国家验收,面向国内外学者开放。同时进一步验证、优化科学观测模式,催生天文发现,力争早日成为世界一流水平望远镜设备。

  FAST总工程师兼首席科学家南仁东生前曾说,借助这只巨大的“天眼”,科研人员可以窥探星际之间互动的信息,观测暗物质,测定黑洞质量,甚至搜寻可能存在的星外文明。

  -背景

  FAST以前中国望远镜未见脉冲星

  1967年,科学家在行星际闪烁观测研究中,偶然发现一个时隐时现的射电脉冲源,其周期非常稳定,每隔1.3373秒记录一次脉冲信号,科学家将其取名为脉冲星。

  脉冲星属于高速自转的中子星,最快转动的周期能达到毫秒量级,是除黑洞外密度最大的天体。所以,脉冲星可以作为天然实验室,检验极端物理环境下的物质运动规律。比如验证强引力场的爱因斯坦广义相对论效应,以及引力波等现象。

  FAST去年9月25日在贵州省平塘县的喀斯特洼坑中落成。FAST工程由我国天文学家于1994年提出构想,从预研到建成历时22年,由中国科学院国家天文台主导建设,是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。

  FAST核心科学目标就是搜寻和发现射电脉冲星。人类迄今已发现2700余颗脉冲星。但在FAST问世以前,中国望远镜从未捕捉到新的脉冲星。

  新京报记者倪伟

原标题:“中国天眼”首次发现多颗脉冲星 有助发展星际导航
来源:新京报  作者:倪伟  编辑:吴玉婵
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