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“从0到1”的突破,中国天眼为解决恒星形成经典问题之一提供重要观测证据
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2022-01-06 06:17
摘要:FAST的年观测时长超过5300小时,远超国际同行预期的工作效率

“中国天眼”(FAST)又有新发现!磁场在恒星、行星和生命的产生中发挥着重要作用,分子云的星际磁场强度测量是全球天文界的共性挑战。利用FAST,中国科学院国家天文台庆道冲、李菂领导的国际合作团队发现,不同于标准模型预测,星际介质从冷中性气体到原恒星核具有连贯性的磁场结构。

这是利用原子辐射手段探测分子云磁场“从0到1”的突破,为解决恒星形成三大经典问题之一的“磁通量问题”提供了重要的观测证据。该成果论文于北京时间2022年1月6日在国际学术期刊《自然》以封面文章形式正式发表。

自2020年1月11日通过国家验收以来,FAST的年观测时长超过5300小时,远超国际同行预期的工作效率。

【解决重大天体物理问题方面的潜力】

中性氢是宇宙中丰度最高的元素,广泛存在于宇宙的不同时期。李菂团队发展并命名了原创的中性氢窄线自吸收方法,首次获得原恒星核包层中高可靠度的“塞曼效应”(原子光谱在外加磁场下发生分裂)测量结果。

FAST拥有无与伦比的灵敏度及优良的光路设计,它探测到的磁场强度只有地球磁场的十万分之一,比恒星形成标准模型预测的磁场强度弱至少3-4倍。”李菂研究员介绍,这一结果揭示可能存在比标准模型更有效的磁场耗散机制,使得恒星形成提前发生。此成果有望将中性氢窄线自吸收方法拓展成为星际磁场测量的重要系统性探针。


该成果论文在《自然》以封面文章形式发表

国际星际磁场测量领域知名科学家、美国伊利诺伊大学教授理查德•克鲁切尔对此评价道,FAST首次揭示了在恒星形成的早期阶段,磁压不足以阻止引力收缩,这一发现对于理解恒星形成的天体物理过程至关重要,并显示了FAST在解决重大天体物理问题方面的潜力。

【获得迄今最大的快速射电暴爆发事件样本】

快速射电暴,是最明亮的射电爆发现象,持续仅几毫秒,关于它的起源是过去十余年里天体物理领域最大的谜团之一。

目前已有数百例快速射电暴被探测到,其中仅少数呈现出重复爆发的现象。FRB121102是人类所知的第一个重复暴,在2017年成为首个被精确定位、能够确认其宿主星系的快速射电暴,这一成果被美国天文学会称为“天文学自LIGO引力波探测之后最重大的发现”。

2019年8至10月,国家天文台李菂、王培、朱炜玮领导的国际合作团队,利用FAST成功捕捉这一快速射电暴的极端活动期,最剧烈时段达到每小时122次爆发。研究人员在约50天内探测到1652次爆发事件,获得迄今最大的快速射电暴爆发事件样本,超过此前本领域所有文章发表的爆发事件总量,成为系统研究快速射电暴重复爆发的里程碑。他们首次揭示了快速射电暴的完整能谱及其双峰结构,相关论文于2021年10月14日在《自然》发表。

FAST多科学目标巡天已经发现至少6例新快速射电暴,正在为揭示这一宇宙中神秘现象的机制、推进这一天文学全新领域做出独特的贡献。

【发现脉冲星是主要科学目标之一】

脉冲星是大质量恒星死亡后的“遗骸”,一颗方糖大小的体积就有上亿吨的质量,脉冲星能够发射出高度周期性的脉冲,周期在1.4毫秒到23秒之间。被称为“毫秒脉冲星”的短周期脉冲星,可以与地球上最好的原子钟相媲美。因此,发现脉冲星是国际大型射电望远镜观测的主要科学目标之一。

FAST是目前脉冲星最高精度测时设备,其测时精度比国际脉冲星测时阵IPTA提高了5-40倍。“以前我们研究的都是二手资料,现在是中国人能够在科学前沿做出贡献的时候了。”国家天文台韩金林领导的“银道面脉冲星快照巡天”团队,在不到两年时间,新发现279颗脉冲星,其中65颗为毫秒脉冲星,在双星系统中的有22颗。该工作执行1年半所发现的脉冲星数已经超越美国阿雷西博望远镜15年的搜寻结果。“我们计划用8到10年把银河看个遍,期待有更多的原创发现。”

将FAST与高能波段的费米伽马射线天文台大视场望远镜相结合进行天地一体化协同和后随观测,具有产生重大科学突破的潜力。国家天文台李菂、王培领导的国际合作团队,通过这一多波段合作观测,发现了多颗脉冲星。多波段合作观测不仅开启了FAST脉冲星搜索新方向,而且打开了研究脉冲星电磁辐射机制的新途径,为研究中子星星族演化和探测引力波提供了更多样本。

题图和内图由国家天文台提供
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