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(jìn)入它無垠的廣袤。———南仁東今天，“中國(guó)天眼”沒有辜負(fù)大家的期待，經(jīng)過兩年的緊張調(diào)試工作，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跟蹤、漂移掃描、運(yùn)動(dòng)中掃描等多種觀測(cè)模式，數(shù)項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)超過預(yù)期。

截至目前，發(fā)現(xiàn)了44顆被確認(rèn)的新脈沖星，有望明年下半年完成驗(yàn)收并向全國(guó)天文學(xué)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(fā)現(xiàn)也隨之開始

去年10月國(guó)家天文臺(tái)對(duì)外公布FAST首次發(fā)現(xiàn)脈沖星，探測(cè)到數(shù)十顆優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體，其中6顆通過國(guó)際認(rèn)證。近一年過去，如今FAST已經(jīng)探測(cè)到59顆優(yōu)質(zhì)的脈沖星候選體，其中已經(jīng)有44顆得到認(rèn)證。此外，今年FAST還首次發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星并獲得了國(guó)際認(rèn)證，這是FAST繼發(fā)現(xiàn)脈沖星之后的另一重要成果。

FAST望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的脈沖星編號(hào)為J1859-0131(又名FP1-FAST pulsar #1)，自轉(zhuǎn)周期為1.83秒，據(jù)估算距離地球1.6萬光年。

搜尋和發(fā)現(xiàn)射電脈沖星是FAST核心科學(xué)目標(biāo)。自1967年發(fā)現(xiàn)第一顆脈沖星以來，過去50年里，人類發(fā)現(xiàn)的脈沖星家族至少有2700個(gè)成員。

中國(guó)天眼 FAST

FAST首席科學(xué)家李菂介紹，脈沖星是一種高速自轉(zhuǎn)的中子星，它的密度極高，每立方厘米重達(dá)上億噸。它的自轉(zhuǎn)速度很快、自轉(zhuǎn)周期精確，是宇宙中最精確的時(shí)鐘。因此，它具有在地面實(shí)驗(yàn)室無法實(shí)現(xiàn)的極端物理性質(zhì)，是理想的天體物理實(shí)驗(yàn)室，對(duì)其進(jìn)行研究，有希望得到許多重大物理學(xué)問題的答案。

脈沖星的自轉(zhuǎn)周期極其穩(wěn)定，準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)為引力波探測(cè)、航天器導(dǎo)航等重大科學(xué)及技術(shù)應(yīng)用提供了理想工具。

新發(fā)現(xiàn)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(shí)跟蹤觀測(cè)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(shù)據(jù)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，F(xiàn)AST就正式進(jìn)入為期3—5年的調(diào)試期。

FAST巨大的接收面積使其具有其他望遠(yuǎn)鏡無法比擬的優(yōu)勢(shì)，即超高的靈敏度，但這也使它的系統(tǒng)構(gòu)成更為復(fù)雜，調(diào)試工作也更具有挑戰(zhàn)性，更容易受設(shè)備故障的影響。同時(shí)，還有30噸饋源艙(安放FAST望遠(yuǎn)鏡用來接收宇宙外信號(hào)裝置系統(tǒng)的艙體)漂在高空，安全風(fēng)險(xiǎn)也極大。

FAST調(diào)試團(tuán)隊(duì)經(jīng)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(xié)同動(dòng)作，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定目標(biāo)的跟蹤觀測(cè)，并穩(wěn)定地獲取了目標(biāo)源射電信號(hào)。這意味著“天眼”的“眼珠”可以轉(zhuǎn)動(dòng)了，也標(biāo)志望遠(yuǎn)鏡最具難度及最具有風(fēng)險(xiǎn)的功能性調(diào)試完成了。

在實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的功能性調(diào)試之后，余下的任務(wù)主要是如何提升望遠(yuǎn)鏡的性能。FAST總工程師姜鵬表示，19波束已經(jīng)完成安裝調(diào)試。它可以將望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)擴(kuò)大19倍，從而大幅地提升望遠(yuǎn)鏡的巡天效率，預(yù)期更多的脈沖星發(fā)現(xiàn)將由此開始。有了19波束的支持，就可以開始向驗(yàn)收指標(biāo)沖刺了。

多波束的現(xiàn)場(chǎng)安裝情況。具有優(yōu)異性能的接收機(jī)系統(tǒng)，也是我們天眼的瞳孔。

截至目前，調(diào)試工作已取得了一些非常可喜的進(jìn)展。望遠(yuǎn)鏡的系統(tǒng)噪聲已經(jīng)控制在20K左右的水平，同時(shí)靜態(tài)掃描模式下的效率已經(jīng)達(dá)到50%以上，望遠(yuǎn)鏡的靈敏水平已經(jīng)達(dá)到了1800平方米每K的水平，靜態(tài)掃描工作模式已經(jīng)達(dá)到了望遠(yuǎn)鏡的驗(yàn)收指標(biāo)。下一步的任務(wù)就是提高跟蹤過程的控制精度，把跟蹤過程的靈敏度也實(shí)現(xiàn)同樣或相近的水平。

對(duì)于觀測(cè)范圍可達(dá)已知宇宙邊緣的“天眼”來說，發(fā)現(xiàn)脈沖星只是使命之一。未來，它還將在中性氫觀測(cè)、譜線觀測(cè)、尋找可能的星際通訊信號(hào)等方面進(jìn)行探索發(fā)現(xiàn)。

讓我們共同期待“天眼”的更多發(fā)現(xiàn)…