“中国天眼”全景。
国家天文台供图
源于磁层的快速射电暴偏振多样性示意图。
李柯伽供图
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正式运行300天以来，被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)已发现脉冲星数量超过240颗。我国科研团队借助FAST，迅速成为国际快速射电暴领域的核心研究力量。
在广袤的宇宙中，经常突然出现短暂并且猛烈的无线电波爆发，持续的时间只有几毫秒，却能释放出太阳在一整天内释放的能量，这就是快速射电暴。如此快速闪现的无线电波包含了什么信息？各国天文学家一直在寻求真相。
日前，借助被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)的最新观测，我国科学家在快速射电暴研究方面取得一系列重大成果。10月29日和11月4日，两篇相关研究成果在《自然》杂志发表，让“中国天眼”再次成为射电天文学界的焦点。
有力支持高水平研究
快速射电暴如何产生？此前的理论研究主要分成两种，一种认为这样的毫秒射电爆发来自粒子碰撞，而另一种则认为它是粒子在强磁场中穿行产生的。
“FAST的观测结果直接终结了争论，通过对11次射电爆发的高灵敏度偏振信号解析，我国科研人员用直接的观测结果否定了粒子碰撞的理论。”中国科学院国家天文台首席研究员韩金林说。
凭借着一系列的FAST观测“实证”，我国相关科研团队迅速成为国际快速射电暴领域的核心研究力量。
2019年，北京大学教授、国家天文台研究员李柯伽团队利用FAST探测到一例全世界仅有21例的快速射电暴重复爆FRB180301。李柯伽说：“在共计12个小时的观测时间里，FAST探测到15次闪现，每次电波闪现的强度曲线也各不相同，最奇妙的结果来自对11次爆发电波的高灵敏度偏振信号解析。”
李柯伽解释：“FAST观测的11个爆发信号中，竟然有7个毫秒闪现爆发能够很好地解析出其偏振。令人激动的是7个偏振不仅仅是变化的，而且呈现出变化的多样性。如此变化的偏振在早先的重复暴从来没有看到。FAST观测到的偏振变化多样性明确说明，宇宙中的爆发源可能来自致密星体磁层中的物理过程。”
今年8月，北京师范大学林琳博士、北京大学张春风博士、国家天文台王培博士等联合研究团队，利用FAST观测到银河系中有一颗已知磁星SRG1935 2154呈现出几十次伽马射线爆发。
林琳说：“以FAST的高灵敏度，我们在射电波段观测中，一个射电爆发也没有探测到。该结果说明，宇宙中致密天体不同波段的爆发时，物理条件非常苛刻，使得无线电与伽马光子不能同时扫过地球。”
观测服务超5200个机时
FAST于2016年落成，它的反射面面积相当于大约30个标准足球场，大大拓展了人类在射电波段的视野，也使中国射电天文学家终于有机会走到科学探索的最前沿。
正式运行300天以来，FAST展现的科学实力令人惊喜。FAST近一年的观测服务超过5200个机时，超过预期目标近两倍，累计发现脉冲星数量超过240颗，基于FAST数据发表的高水平论文达到40余篇。
“1967年，人们发现了第一颗脉冲星；直到50年后，中国人才用自己的射电望远镜FAST发现了第一颗新脉冲星。”FAST科学委员会主任、中科院院士武向平说，“在很短时间内，FAST已经发现了240多颗脉冲星，我们期望在未来5年，这一数字能达到1000颗，甚至能找到银河系外的第一颗射电脉冲星。”
今年2月，FAST团队正式启动科学委员会遴选出的5个“优先和重大项目”，近百名科学家开始使用并处理FAST的科学数据；4月，时间分配委员会开始向国内天文界征集自由申请项目，目前已经接到170余份申请，而且外部用户的比例高达95.7%。
“明年，FAST还会对全世界开放。”武向平认为，未来10年，中国将迎来射电天文发展的黄金时期，“我们要利用这个宝贵的窗口期，做出重大的科学发现，为人类探索和认识宇宙做出重大贡献。”
科学潜力将进一步显现
巨大工程体量、超高精度要求及特殊的工作方式，给FAST提出了前所未有的技术挑战，为此，工程团队开展了一系列的技术攻关。FAST工程建设实现了多项自主创新，显著推动了我国相关产业技术的革新与发展。
“FAST的先进测量技术远不止于望远镜本身，在其它领域有重要的应用前景。”国家天文台研究员、FAST总工程师姜鹏说，“比如，在高精度地矿勘探方面，可以利用惯性组件与卫星导航融合技术，为重力测量提供高精度的位置和方位姿态基准；在海洋测绘中，采用惯性组件与声呐等测量技术融合，实现海底测绘，为勘探区作业的机器设备建立高精度的时空和姿态基准。”
随着性能的提升，FAST的科学潜力还将进一步显现。国家天文台台长、中科院院士常进说：“FAST超高灵敏度使其在射电瞬变源方面具有重大潜力，有望在短时间内实现纳赫兹的引力波探测、捕捉到宇宙大爆炸时期的原初引力波，为研究宇宙大爆炸原初时刻的物理过程提供数据支撑。同时它还有能力将我国深空探测及通信能力延伸至太阳系边缘，满足国家重大战略需求。”
《 人民日报 》( 2020年11月06日 12 版)
