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捕獲脈沖星的中國天眼fast兩歲了

2020-06-10 14:30:24  來源:中國科學院國家天文臺

感官安寧,萬籟無聲,美麗的宇宙太空以它的神秘和絢麗,召喚我們踏過平庸,進入它無垠的廣袤。———南仁東今天,“中國天眼”沒有辜負大家的期待,經過兩年的緊張調試工作,已經實現了跟蹤、漂移掃描、運動中掃描等多種觀測模式,數項關鍵指標超過預期。

截至目前,發現了44顆被確認的新脈沖星,有望明年下半年完成驗收并向全國天文學家開放使用。

“天眼”捕獲脈沖星

“天眼”視力越來越好

脈沖星的批量發現也隨之開始

去年10月國家天文臺對外公布FAST首次發現脈沖星,探測到數十顆優質脈沖星候選體,其中6顆通過國際認證。近一年過去,如今FAST已經探測到59顆優質的脈沖星候選體,其中已經有44顆得到認證。此外,今年FAST還首次發現毫秒脈沖星并獲得了國際認證,這是FAST繼發現脈沖星之后的另一重要成果。

FAST望遠鏡探測到的脈沖星編號為J1859-0131(又名FP1-FAST pulsar #1),自轉周期為1.83秒,據估算距離地球1.6萬光年。

搜尋和發現射電脈沖星是FAST核心科學目標。自1967年發現第一顆脈沖星以來,過去50年里,人類發現的脈沖星家族至少有2700個成員。

中國天眼 FAST

FAST首席科學家李菂介紹,脈沖星是一種高速自轉的中子星,它的密度極高,每立方厘米重達上億噸。它的自轉速度很快、自轉周期精確,是宇宙中最精確的時鐘。因此,它具有在地面實驗室無法實現的極端物理性質,是理想的天體物理實驗室,對其進行研究,有希望得到許多重大物理學問題的答案。

脈沖星的自轉周期極其穩定,準確的時鐘信號為引力波探測、航天器導航等重大科學及技術應用提供了理想工具。

新發現的毫秒脈沖星PSR J0318+0253位置和積分脈沖輪廓。(左圖)PSR J0318+0253所在伽馬射線巡天圖像的位置;(右圖a)FAST一小時跟蹤觀測獲得的射電波段積分脈沖輪廓;(右圖b)折疊Fermi-LAT累積9年數據所獲得的伽馬光子積分脈沖輪廓。

“天眼”視力越來越好

自2016年9月25日落成啟用后,FAST就正式進入為期3—5年的調試期。

FAST巨大的接收面積使其具有其他望遠鏡無法比擬的優勢,即超高的靈敏度,但這也使它的系統構成更為復雜,調試工作也更具有挑戰性,更容易受設備故障的影響。同時,還有30噸饋源艙(安放FAST望遠鏡用來接收宇宙外信號裝置系統的艙體)漂在高空,安全風險也極大。

FAST調試團隊經過半年左右努力,于2017年8月27日第一次完成了反射面和饋源支撐的協同動作,首次實現了對特定目標的跟蹤觀測,并穩定地獲取了目標源射電信號。這意味著“天眼”的“眼珠”可以轉動了,也標志望遠鏡最具難度及最具有風險的功能性調試完成了。

在實現望遠鏡的功能性調試之后,余下的任務主要是如何提升望遠鏡的性能。FAST總工程師姜鵬表示,19波束已經完成安裝調試。它可以將望遠鏡的視場擴大19倍,從而大幅地提升望遠鏡的巡天效率,預期更多的脈沖星發現將由此開始。有了19波束的支持,就可以開始向驗收指標沖刺了。

多波束的現場安裝情況。具有優異性能的接收機系統,也是我們天眼的瞳孔。

截至目前,調試工作已取得了一些非??上驳倪M展。望遠鏡的系統噪聲已經控制在20K左右的水平,同時靜態掃描模式下的效率已經達到50%以上,望遠鏡的靈敏水平已經達到了1800平方米每K的水平,靜態掃描工作模式已經達到了望遠鏡的驗收指標。下一步的任務就是提高跟蹤過程的控制精度,把跟蹤過程的靈敏度也實現同樣或相近的水平。

對于觀測范圍可達已知宇宙邊緣的“天眼”來說,發現脈沖星只是使命之一。未來,它還將在中性氫觀測、譜線觀測、尋找可能的星際通訊信號等方面進行探索發現。

讓我們共同期待“天眼”的更多發現…

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