天眼在2个月内捕获1652次神秘爆发,超越过去十几年全球的总和

作者: 李菂

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2022-03-29 17:00:00

天眼工程在中国具有历史性意义,见证了中国经济的发展与科学的追赶和进步。天眼是一个直径500米的金属面板,是现在最大的、最灵敏的设备,工作频率覆盖70兆赫兹到3000兆赫兹。天眼在2个月内捕获了1652次神秘爆发,超越过去十几年全球的总和。

天眼这一工程在中国具有历史性意义,它见证了中国经济的发展与科学的追赶和进步。我们是这个工程的受益者、参与者,也很荣幸是它的建设者。天眼其实是一个直径500米的金属面板。由于无线电的波长非常长,我们观测的波长是20厘米,远远大于孔洞,所以天眼依然是一个非常高效的反射面。这是位于贵州绵延的群山内的、漂亮的中国天眼的模样。2020年初,天眼才通过国家验收,正式成为国家大科学装置。

在不到两年的时间里,利用天眼获取的数据,催生了超过100篇国际论文,包括5篇《自然》、1篇《科学》、1篇《自然·天文》等。天眼与位于波多黎各岛的上一代巨大射电望远镜阿雷西博非常相似,后者也是处在喀斯特岩溶地形中的设备。阿雷西博是1963年建成的,直到当地时间2020年12月1日倒塌之前,它完成了很多载入教科书、载入史册的工作。

1996年,即阿雷西博望远镜获得诺贝尔奖后的第3年,国家天文台老一辈的射电天文学家南仁东先生和邱育海先生第一次前往阿雷西博观测站进行现场考察。他们在阿雷西博这个概念的基础上,结合当时可预期的现代技术发展前景以及中国在工程方面的长处和短处,形成了“天眼”这个概念,并于2007年底由发改委批复立项。

经过艰苦卓绝的努力,我们在2016年9月19日、即在竣工典礼的前几天获得“第一缕光”,或者叫“初光”(First Light)。天眼是一个给人以深刻印象的钢架工程。天眼的造价总共是11.5亿,如果要在北京修地铁的话,这个价格仅能勉强修两个地铁站。在无线电的射频波段,FAST是现在最大的、最灵敏的设备。它的工作频率覆盖70兆赫兹到3000兆赫兹。

这意味着在如调频收音机、手机、蓝牙、WiFi等人类利用得比较多的频段中,我们有了一个新的、更灵敏的设备。到目前为止,这个项目已经发现超过150颗新的脉冲星。其中包括FAST发现的第一例双中子星系统,它与1993年获得诺贝尔奖的那个天体系统类似。快速射电暴是什么呢?它是一个不重复的、毫秒量级的脉冲,而且非常亮。现在FAST发现的快速射电暴不多,我们发表了四个。

它们都来自宇宙的青少年时期,即来自宇宙的早期。相对而言,它们非常暗和弱。这四个快速射电暴覆盖了一个比较奇特的参数空间,所以它们能够提供物理上的限制。快速射电暴这个领域是很年轻的。2007年,人类知道了银河系外存在这种神秘的爆发。2012年11月2日,快速射电暴源121102第一次出现在人类的观测数据里。2017年,它才被定位下来。在我们设计、建设FAST望远镜的时候,这个领域都还没有出现。

但是我们在建设的过程中,就开始考虑赋予它做快速射电暴探测的能力了。非常幸运的是,在2019年8月底,我们捕捉到了同一个源121102的一次非常活跃的爆发。我们观测到,在金牛座一个相对临近的致密分子云中间,有差不多4微高斯的星际磁场。这意味着它的大小是地球磁场的大概十万分之一,是非常微弱的。这样微弱的磁场不能抵抗云、分子、尘埃由于重力的向内塌缩,通过重力的压缩产生核反应,很快就会形成下一代太阳。

天眼给予了我们洞见宛若游龙般星际磁场的能力与机遇,使我们看到了浸润在这个协睦磁场波纹中的分子云,它必将诞生新星。天眼是建给下一代科学家的,它代表了中国射电天文从追赶到超越的一次尝试。而这个尝试才刚刚开始。

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