中科院國家天文台李菂研究員在釋出會上介紹FAST最新科研成果。 中新社記者 孫自法 攝
中新網北京1月6日電 (記者 孫自法)被譽為“中國天眼”的中國科學院國家天文台500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)，通過國家驗收近兩年來和向全球開放共享近一年來，高品質運作，已發現約500顆脈沖星，并在中性氫譜線測量星際磁場、快速射電暴觀測及研究等重要天文學領域取得一系列重要科學成果。
中科院國家天文台王培副研究員在釋出會上介紹FAST在快速射電暴領域科研成果。 中新社記者 孫自法 攝
中原標準時間1月6日淩晨，中科院國家天文台科研人員上司的國際合作團隊通過“中國天眼”，采用原創的中性氫窄線自吸收(HINSA)方法，在測量星際磁場領域取得重大進展的論文，獲國際學術期刊《自然》以封面文章上線發表。
在論文發表前夕，中科院于1月5日在北京舉行2022年度首場新聞釋出會，專題介紹大國重器“中國天眼”高品質開放運作及系列重要科研進展。
中科院國家天文台韓金林研究員在釋出會上介紹FAST在脈沖星搜尋方面科研進展。 中新社記者 孫自法 攝
為解決恒星形成問題提供重要觀測證據
磁場在恒星、行星和生命的産生中發揮着重要作用，但過程複雜，“磁通量問題”是以是恒星形成中經典三大難題之一，分子雲的星際磁場強度測量也成為全球天文界的共同挑戰。
中科院國家天文台李菂、慶道沖上司的國際合作團隊采用原創的中性氫窄線自吸收方法，利用“中國天眼”首次獲得原恒星核包層中的高置信度的塞曼效應測量結果，研究發現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，異于标準模型預測，進而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。
李菂研究員介紹說，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，是不同尺度物質分布的最佳示蹤物之一。最新研究中，研究團隊利用“中國天眼”擁有無與倫比的靈敏度及優良的光路設計，首次實作了中性氫窄線自吸收塞曼效應的探測，獲得高置信度星際磁場測量，這是利用原子輻射手段探測分子雲磁場“從0到1”的突破。
他表示，“中國天眼”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至4倍。該研究結果揭示，分子雲在緻密雲核階段即可超前達成磁超臨界狀态，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。是以，這項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。
《自然》封面設計稿，呈現金牛座分子雲天區的星際媒體和磁場。 國家天文台 供圖
獲得迄今最大快速射電暴爆發事件樣本
快速射電暴(FRB)是目前已知宇宙中射電波段最明亮的爆發現象，起源未知，也是當今最大的天文熱點前沿領域之一。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。
中科院國家天文台李菂、王培、朱炜玮上司的國際合作團隊利用“中國天眼”，對編号FRB121102的快速射電暴、也是人類所知的第一個重複暴進行觀測，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，超過此前快速射電暴領域所有文章發表爆發事件的總量，首次揭示出快速射電暴爆發率的完整能譜及其雙峰結構，該成果論文已于2021年10月在《自然》發表。
王培副研究員表示，“中國天眼”多科學目标巡天已發現至少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研究做出獨特的貢獻。他說，“中國天眼”在地面與中國“慧眼”衛星在太空搜尋快速射電暴，在研究方式上是一種互補。
針對“慧眼”衛星觀測發現并研究确認，編号為FRB200428的亮度極高的快速射電暴來自銀河系内編号SGR J1935+2154的磁星這一科研成果，中科院國家天文台韓金林研究員認為，快速射電暴在銀河系出現隻占很小一部分，大部分在銀河系外，“慧眼”衛星确認來源為磁星的隻是銀河系内的一次快速射電暴，其起源後續還要更多觀測和深入研究。
至于宇宙中快速射電暴總量有多少的問題，李菂認為目前無法統計，但根據FAST觀測資料研究測算，宇宙中每天至少有12萬個快速射電暴到達地球。
快速射電暴FRB 121102平均每小時爆發率能量分布(左)。FAST觀測快速射電暴藝術想象圖(右) 國家天文台 供圖
“銀道面脈沖星快照巡天”新發現279顆脈沖星
韓金林研究員上司的“中國天眼”重大優先項目“銀道面脈沖星快照巡天”，主要目的是利用“中國天眼”對銀河系進行全覆寫“拍照”，發現新脈沖星。
他介紹說，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。“銀道面脈沖星快照巡天”項目從2020年2月正式開展脈沖星搜尋觀測以來，截至目前，在不到兩年的時間内已累計觀測約620個機時，新發現279顆脈沖星，其中65個為周期小于30毫秒的毫秒脈沖星，能夠确認在雙星系統中的有22顆，在脈沖星發現上已超越美國阿雷西博望遠鏡運作15年的數量。國際天文同行評價稱，FAST“發現這麼多脈沖星令人印象深刻”“發現如此衆多毫秒脈沖星，是一個顯著的成就”。
韓金林表示，項目團隊充分發掘“中國天眼”在巨大接收面積、精确變形跟蹤能力、多波束接收等三方面優勢，發明的“快照”觀測模式大大增加脈沖星的搜尋深度，使得脈沖星系統搜尋的深度從毫央斯基量級突破到微央斯基量級。他特别希望能更多搜尋到“珍奇脈沖星”，通過研究實作天文、實體等基礎領域重大突破。
目前，項目團隊已觀測計劃天區的8%，在脈沖星出現機率比較高的區域收集約6PB的資料。2021年5月，相關成果論文已在專業學術期刊《天文和天體實體學研究》發表。
PSR J0318+0253位置和積分脈沖輪廓(左)；FAST-FermiLAT合作開展脈沖星觀測。 國家天文台 供圖
多波段合作觀測開啟脈沖星搜尋新方向
中科院國家天文台稱，“中國天眼”還通過開展多波段合作觀測，開啟脈沖星搜尋新方向，并打開研究脈沖星電磁輻射機制的新途徑。基于“中國天眼”靈敏度國際領先的優勢，将“中國天眼”與高能波段的重要空間天文設施費米伽馬射線天文台大視場望遠鏡(Fermi-LAT)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。
在這方面，李菂、王培上司的國際合作團隊已發現多顆脈沖星，并開展多波段觀測分析。相關成果論文于2021年12月在《中國科學》學術期刊以封面及編輯點評文章形式發表。
李菂認為，通過“中國天眼”開展多波段合作觀測，将有望為研究中子星星族演化和探測引力波等提供更多樣本。
在新聞釋出會上，中科院表示，其将以更為開放的姿态向全球共享科學研究設施，為國際天文學界提供高水準的觀測平台，促進天文研究國際合作，提升中國天文研究的國際地位和影響力，推動世界科技發展和人類文明進步。(完)