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“從0到1”的突破,中國天眼為解決恒星形成經典問題之一提供重要觀測證據

“從0到1”的突破,中國天眼為解決恒星形成經典問題之一提供重要觀測證據

“中國天眼”(FAST)又有新發現!磁場在恒星、行星和生命的産生中發揮着重要作用,分子雲的星際磁場強度測量是全球天文界的共性挑戰。利用FAST,中國科學院國家天文台慶道沖、李菂上司的國際合作團隊發現,不同于标準模型預測,星際媒體從冷中性氣體到原恒星核具有連貫性的磁場結構。

這是利用原子輻射手段探測分子雲磁場“從0到1”的突破,為解決恒星形成三大經典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據。該成果論文于中原標準時間2022年1月6日在國際學術期刊《自然》以封面文章形式正式發表。

自2020年1月11日通過國家驗收以來,FAST的年觀測時長超過5300小時,遠超國際同行預期的工作效率。

【解決重大天體實體問題方面的潛力】

中性氫是宇宙中豐度最高的元素,廣泛存在于宇宙的不同時期。李菂團隊發展并命名了原創的中性氫窄線自吸收方法,首次獲得原恒星核包層中高可靠度的“塞曼效應”(原子光譜在外加磁場下發生分裂)測量結果。

“FAST擁有無與倫比的靈敏度及優良的光路設計,它探測到的磁場強度隻有地球磁場的十萬分之一,比恒星形成标準模型預測的磁場強度弱至少3-4倍。”李菂研究員介紹,這一結果揭示可能存在比标準模型更有效的磁場耗散機制,使得恒星形成提前發生。此成果有望将中性氫窄線自吸收方法拓展成為星際磁場測量的重要系統性探針。

“從0到1”的突破,中國天眼為解決恒星形成經典問題之一提供重要觀測證據

該成果論文在《自然》以封面文章形式發表

國際星際磁場測量領域知名科學家、美國伊利諾伊大學教授理查德 克魯切爾對此評價道,FAST首次揭示了在恒星形成的早期階段,磁壓不足以阻止引力收縮,這一發現對于了解恒星形成的天體實體過程至關重要,并顯示了FAST在解決重大天體實體問題方面的潛力。

【獲得迄今最大的快速射電暴爆發事件樣本】

快速射電暴,是最明亮的射電爆發現象,持續僅幾毫秒,關于它的起源是過去十餘年裡天體實體領域最大的謎團之一。

目前已有數百例快速射電暴被探測到,其中僅少數呈現出重複爆發的現象。FRB121102是人類所知的第一個重複暴,在2017年成為首個被精确定位、能夠确認其宿主星系的快速射電暴,這一成果被美國天文學會稱為“天文學自LIGO引力波探測之後最重大的發現”。

2019年8至10月,國家天文台李菂、王培、朱炜玮上司的國際合作團隊,利用FAST成功捕捉這一快速射電暴的極端活動期,最劇烈時段達到每小時122次爆發。研究人員在約50天内探測到1652次爆發事件,獲得迄今最大的快速射電暴爆發事件樣本,超過此前本領域所有文章發表的爆發事件總量,成為系統研究快速射電暴重複爆發的裡程碑。他們首次揭示了快速射電暴的完整能譜及其雙峰結構,相關論文于2021年10月14日在《自然》發表。

FAST多科學目标巡天已經發現至少6例新快速射電暴,正在為揭示這一宇宙中神秘現象的機制、推進這一天文學全新領域做出獨特的貢獻。

【發現脈沖星是主要科學目标之一】

脈沖星是大品質恒星死亡後的“遺骸”,一顆方糖大小的體積就有上億噸的品質,脈沖星能夠發射出高度周期性的脈沖,周期在1.4毫秒到23秒之間。被稱為“毫秒脈沖星”的短周期脈沖星,可以與地球上最好的原子鐘相媲美。是以,發現脈沖星是國際大型射電望遠鏡觀測的主要科學目标之一。

FAST是目前脈沖星最高精度測時裝置,其測時精度比國際脈沖星測時陣IPTA提高了5-40倍。“以前我們研究的都是二手資料,現在是中國人能夠在科學前沿做出貢獻的時候了。”國家天文台韓金林上司的“銀道面脈沖星快照巡天”團隊,在不到兩年時間,新發現279顆脈沖星,其中65顆為毫秒脈沖星,在雙星系統中的有22顆。該工作執行1年半所發現的脈沖星數已經超越美國阿雷西博望遠鏡15年的搜尋結果。“我們計劃用8到10年把銀河看個遍,期待有更多的原創發現。”

将FAST與高能波段的費米伽馬射線天文台大視場望遠鏡相結合進行天地一體化協同和後随觀測,具有産生重大科學突破的潛力。國家天文台李菂、王培上司的國際合作團隊,通過這一多波段合作觀測,發現了多顆脈沖星。多波段合作觀測不僅開啟了FAST脈沖星搜尋新方向,而且打開了研究脈沖星電磁輻射機制的新途徑,為研究中子星星族演化和探測引力波提供了更多樣本。

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