已探測到數十個優質脈沖星候選體,6顆已通過國際認證,有助發展星際導航。
中國科學院國家天文臺10月10日宣布,被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)確認發現了多顆脈沖星,這是我國天文望遠鏡首次發現脈沖星。
FAST工程副總工程師李菂稱,FAST調試進展超過預期,并已開始系統的科學產出。目前已經探測到數十個優質脈沖星候選體,其中6顆通過國際認證。
脈沖星導航實驗衛星(XPNAV)相關負責人向新京報記者解釋,脈沖星的研究將有助于我們理解宇宙的起源,并為航天器星際航行提供精確導航。而前不久離世的FAST總工程師兼首席科學家南仁東則說過,這只巨大的“天眼”,甚至能搜尋可能存在的星外文明。
研究脈沖星有助獲得重大物理學答案
脈沖星是一種高速自轉的中子星,由恒星演化和超新星爆發產生。它的密度極高,每立方厘米重達上億噸。脈沖星自轉速度很快、自轉周期精確,是宇宙中最精準的時鐘。正因如此,脈沖星會發射一斷一續的周期性脈沖信號,就好比轉動的燈塔發出忽明忽暗的光。
這一特殊“本領”,讓脈沖星在計時、引力波探測、廣義相對論檢驗等領域具有重要應用。李菂說,脈沖星具有在地面實驗室無法實現的極端物理性質,對其進行研究有望得到許多重大物理學問題的答案。
據中科院科普公眾號“科學大院”介紹,對脈沖星進行觀測,不僅能夠研究脈沖星自身的極端物理狀態,還能對星際介質、銀河系磁場、引力波等目標進行研究。
50年來, 天文學家已經觀測到2700多顆各種類型的脈沖星。因為脈沖星的特殊性,諾貝爾物理學獎兩度授予了與脈沖星有關的發現(1974年度,發現第一個脈沖星;1993年度,發現第一個雙星系統中的脈沖星,并利用它很好地驗證了引力波輻射理論)。
6顆被確認 未來有望發現毫秒脈沖星
國家天文臺介紹,FAST已經探測到了數十個優質脈沖星候選體。經過國際合作,例如利用澳大利亞64米Parkes望遠鏡進行觀測認證,首批認證了兩顆脈沖星:一顆編號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;一顆編號J1931-01(又名FP2),自轉周期0.59秒,據估算距離地球約4100光年,兩顆脈沖星分別于今年8月22日、25日發現。
另有4顆脈沖星也通過了國際射電天文臺認證,具體參數結果還在分析中。
宇宙中有大量脈沖星,但由于其信號暗弱,易被人造電磁干擾淹沒,目前只觀測到一小部分。國家天文臺表示,具有極高靈敏度的FAST望遠鏡是發現脈沖星的理想設備,未來有望發現更多守時精準的毫秒脈沖星。
研究宇宙起源、發展星際導航
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?!懊}沖星的研究有助于我們了解中子星的內部結構和輻射機制,”脈沖星導航實驗衛星(XPNAV)相關負責人表示,“中子星是恒星死亡的遺跡,知道其內部結構和輻射機制,就可以知道恒星和宇宙的演化,從而推測恒星的過去、現在,甚至預測未來?!?/div>
該負責人介紹,目前公布的兩顆脈沖星自轉周期都是秒級的,如果后續能夠發現毫秒級的脈沖星,有望用于航天器導航。
“就像我們在地面需要導航,航天器在宇宙中就像汪洋中的船,更需要導航,比如指引它們去火星等其他星球?!痹撠撠熑苏f,目前航天器導航是通過地面發射電磁波實現的,未來利用脈沖星可以實現航天器在宇宙間自主導航,導航精度也可能更高。另外,脈沖星的研究也有望對探測引力波做出原創貢獻。
去年11月10日,我國發射脈沖星導航實驗衛星。當時報道稱,脈沖星導航技術成功以后,可以對衛星的位置進行跟蹤測量,屆時將長時間不再需要地面測控站的測量。
■ 延展
繼續調試兩年面向國內外學者開放
國家天文臺曾表示,FAST能夠接收到137億光年以外的電磁信號,觀測范圍“可達宇宙邊緣”。與世界著名的德國波恩100米望遠鏡相比,FAST的靈敏度提高了約10倍;與美國阿雷西博350米望遠鏡相比,FAST的綜合性能也提高了約10倍。
FAST落成時,因脈沖星研究獲得1993年諾貝爾物理學獎的約瑟夫·泰勒曾親赴現場,“這是世界一流的望遠鏡,期待它能給人類帶來更多重要的科學發現?!彼f。
昨天,澳大利亞Parkes望遠鏡科學主管喬治·霍布斯在成果發布會現場表示,FAST逐漸產出成果,是目前國際天文學界最激動人心的事件之一。
國家天文臺表示,接下來的兩年FAST將繼續調試,通過國家驗收,面向國內外學者開放。同時進一步驗證、優化科學觀測模式,催生天文發現,力爭早日成為世界一流水平望遠鏡設備。
FAST總工程師兼首席科學家南仁東生前曾說,借助這只巨大的“天眼”,科研人員可以窺探星際之間互動的信息,觀測暗物質,測定黑洞質量,甚至搜尋可能存在的星外文明。
■ 背景
FAST以前中國望遠鏡未見脈沖星
1967年,科學家在行星際閃爍觀測研究中,偶然發現一個時隱時現的射電脈沖源,其周期非常穩定,每隔1.3373秒記錄一次脈沖信號,科學家將其取名為脈沖星。
脈沖星屬于高速自轉的中子星,最快轉動的周期能達到毫秒量級,是除黑洞外密度最大的天體。所以,脈沖星可以作為天然實驗室,檢驗極端物理環境下的物質運動規律。比如驗證強引力場的愛因斯坦廣義相對論效應,以及引力波等現象。
FAST去年9月25日在貴州省平塘縣的喀斯特洼坑中落成。FAST工程由我國天文學家于1994年提出構想,從預研到建成歷時22年,由中國科學院國家天文臺主導建設,是具有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。
FAST核心科學目標就是搜尋和發現射電脈沖星。人類迄今已發現2700余顆脈沖星。但在FAST問世以前,中國望遠鏡從未捕捉到新的脈沖星。