對話脈沖星搜索組成員：將來可探測到數(shù)千顆脈沖星

2017-10-11 08:58 廣州日報責任編輯：周冬

摘要：目前已知的2700多顆脈沖星中，大部分脈沖星是澳大利亞Parkes望遠鏡使用多波束接收機通過巡天觀測找到的。

脈沖星搜索組成員王培：

將來可探測到

數(shù)千顆脈沖星

經(jīng)過一年的調(diào)試，世界最大單口徑射電望遠鏡——500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)終于觀測到了“天外來客”。昨日，F(xiàn)AST首批成果新聞發(fā)布會在中國科學院國家天文臺舉行。國家天文臺研究員李菂在會上表示，F(xiàn)AST探測到數(shù)十個優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體，經(jīng)國際合作，如利用澳大利亞64米Parkes望遠鏡，進行后隨觀測認證，目前兩顆脈沖星已通過系統(tǒng)認證。這是中國人第一次使用自己的望遠鏡找到新的脈沖星。

記者：FAST發(fā)現(xiàn)脈沖星的意義是什么？

王啟明(FAST總工藝師)：脈沖星是快速轉(zhuǎn)動的中子星，而最快轉(zhuǎn)動的周期達到毫秒量級，1.4毫秒。中子星是大質(zhì)量恒星的演化產(chǎn)物，相當于十幾個太陽的恒星在其核能燃燒耗盡以后，將經(jīng)歷超新星爆發(fā)，期間星體的核心部分塌縮成高度致密的中子星，其質(zhì)量大約一個太陽，而半徑只有約10千米。打個比方，中子星相當于太陽系的全部質(zhì)量壓縮到一個城市。所以它的密度很高，一個乒乓球大小的中子星物質(zhì)相當于喜馬拉雅山的質(zhì)量。其磁場也非常高，達到萬億高斯，即地磁場的萬億倍。所以，脈沖星可以作為天然的空間實驗室，用來檢驗極端物理環(huán)境下的物質(zhì)運動規(guī)律，諸如驗證強引力場的愛因斯坦廣義相對論效應，包括引力波現(xiàn)象。中子星的高度致密物質(zhì)物態(tài)還是檢驗核物理理論的極佳場所；其強磁場導致的電磁輻射現(xiàn)象也是等離子體物理的研究領域。

此外，脈沖星的轉(zhuǎn)動是高度穩(wěn)定的，自轉(zhuǎn)周期極為穩(wěn)定，其周期變慢一秒大約需要千萬年時間，這與實驗室制備的氫原子鐘一樣穩(wěn)定，堪稱宇宙最精準的鐘或 “宇宙燈塔”，成為人類測量宇宙的探針。基于這一性質(zhì)，脈沖星可以作為導航時間信標參考。之前發(fā)射的脈沖星導航試驗衛(wèi)星XPNAV-1就是應用案例。

可以利用脈沖星去研究黑洞周圍的神秘空間。對脈沖星進行觀測，不僅能夠研究脈沖星自身的極端物理狀態(tài)，還能對星際介質(zhì)、銀河系磁場、引力波等目標進行研究。也正因為脈沖星的特殊性，諾貝爾物理學獎兩度授予了脈沖星相關發(fā)現(xiàn)。

目前已知的2700多顆脈沖星中，大部分脈沖星是澳大利亞Parkes望遠鏡使用多波束接收機通過巡天觀測找到的。

記者：FAST的接收機目前是單波束的，將來會不會安裝多波束的接收機？

王啟明：現(xiàn)在我們用的是6臺單波束的接收機，因為去年9月份以來一直在進行調(diào)試，其實到現(xiàn)在還在調(diào)試之中。我們也有一臺19波束的接收機，最快的話大概今年年底就會安裝好。多波束接收機裝好以后，一個望遠鏡能頂好幾個用，到時候，我們觀測脈沖星的能力就會大大提高。由于我們FAST的靈敏度非常高，所以將來能探測到的脈沖星會非常多，之前專家也預測過，能達到幾千顆。

記者：這次FAST探測到數(shù)十個優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體，為什么只有兩個得到認證？

王啟明：這主要是出于從科學上的嚴謹出發(fā)，其實我們在幾個月前就已經(jīng)探測到了脈沖星信號，但要跟之前別人探測到的進行區(qū)分，還要由別的國家的望遠鏡進行進一步驗證。打個比方，如果你最后探測到的只是其他的干擾信號，你就倉促公布了，那最后不就成了笑話了嗎？所以，我們本著嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，經(jīng)過其他國家的科學機構(gòu)的驗證之后，我們才公布這個消息。

此外，要在幾萬張，甚至幾十萬張類似的圖片中找出一張脈沖星的信號，這個工作量是非常大的。

記者：FAST是如何觀測到脈沖星的？

王培(國家天文臺助理研究員、脈沖星搜索組成員)：脈沖星的脈沖就像人的脈搏一樣，是穩(wěn)定出現(xiàn)的短促的無線電信號，比如，被人類發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星，每兩脈沖間隔時間是1.337秒，其他脈沖還有短到0.0014秒的，最長的也不過十多秒。每當脈沖星輻射掃過地球，地面的射電望遠鏡就收到一個信號，地面上的望遠鏡就會記錄到像“心電圖”一樣的系列脈沖。

脈沖星由于其信號暗弱，易被人造電磁干擾淹沒，目前只觀測到一小部分。脈沖星發(fā)出的脈沖在到達地球之前，會受到銀河系空間中的星際介質(zhì)影響，發(fā)生“色散”。色散效應會導致脈沖星高頻的電磁波比低頻的電磁波先到達地球。為了能夠得到高信噪比的脈沖信號，我們需要在數(shù)據(jù)處理的過程中抵消掉色散帶來的延時，進行去干擾、“消色散”。大家現(xiàn)在看到的脈沖信號圖，都經(jīng)過了后期的很多處理。因為我們也不知道脈沖星在哪里，參數(shù)是多少，我們要去辨別它的參數(shù)空間，經(jīng)過地毯式搜索，最后得到具有脈沖星特征的信號規(guī)律，也就是現(xiàn)在看到的這些脈沖波形。

記者：使用19波束接收機后，將來是否可發(fā)現(xiàn)更多脈沖星？

王培：是的。觀測能力會大大提高，但這些天上的東西，能觀測到多少要看運氣，現(xiàn)在要說一個準數(shù)，也不是太靠譜。當然，在已經(jīng)發(fā)表的學術期刊文章上，很多國內(nèi)外的專家進行過預測和模擬，隨著接收機性能的改進和設備調(diào)優(yōu)，會有不同的模擬結(jié)果，最多的是幾千顆。當然，這依賴于設備調(diào)優(yōu)的結(jié)果，我們的搜索策略，以及我們的運氣。

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關鍵詞：脈沖星探測