“中国天眼”发现迄今轨道周期最短脉冲星双星系统

  科学家利用“中国天眼”（ FAST）发现了一个轨道周期仅为53分钟的脉冲星双星系统，是目前发现的轨道周期最短的脉冲星双星系统，从观测上证实了蜘蛛类脉冲星从“红背”向“黑寡妇”系统演化的理论。脉冲星是大质量恒星死亡后的“遗骸”。对脉冲星的观测研究，有助于揭示更多宇宙奥秘。该研究由中国科学院国家天文台科研团队与国内外合作者完成，相关成果2023年6月21日在国际学术期刊《自然》在线发表。

 中科院国家天文台供图

“中国天眼”：向宇宙边缘瞭望

  “中国天眼”(简称FAST)—500米口径球面射电望远镜是国家“十一五”重大科技基础设施建设项目。由中国科学院和贵州省人民政府共建，项目位于贵州省黔南布依族苗族自治州境内，项目采用我国科学家独创的设计和贵州南部喀斯特洼地稳定而独特的地形条件建设的一个高灵敏度的巨型射电望远镜。

  “中国天眼”项目由中国科学院国家天文台主持，全国20余所大学和研究所共同参与，经过长达12年的工程选址和对1000余个洼地比选，最终确定大窝凼洼地为中国天眼台址。

  “中国天眼”项目于2007年7月10日国家发改委批准立项，2008年12月26日奠基，2011年3月5日正式开工建设，主要有台址勘察与开挖、主动反射面、馈源支撑、测量与控制、接收机与终端、观测基地建设6项建设内容。2016年9月25日该项目正式落成启用。2020年1月11日通过国家验收，正式开放运行。

  “中国天眼”--500米口径球面射电望远镜，是世界上口径最大、精度最高、最具威力的单天线射电望远镜。灵敏度超过号称“地面最大机器”的德国100米望远镜10倍，综合性能超过美国阿雷西博305米望远镜10倍。“中国天眼”创造了数项世界之最和59项发明专利。

  具有中国独立自主知识产权的“中国天眼”，其设计综合体现了我国高技术创新能力。它将在基础研究众多领域，例如宇宙大尺度物理学、物质深层次结构和规律等方向提供发现和突破的机遇，也将在日地环境研究、国防建设和国家安全等方面发挥不可替代的作用。反射面相当于30个足球场的射电望远镜，将用于探索宇宙起源和演化，大幅拓展人类的视野。

   项目意义与应用价值

  中国科学家利用“中国天眼”对致密星系群“斯蒂芬五重星系”及周围天区的氢原子气体进行成像观测，发现了1个尺度大约为200万光年的巨大原子气体结构，尺度比银河系大20倍。这是迄今为止在宇宙中探测到的最大的原子气体结构。

  自2016年9月落成启用以来，“中国天眼”这一全球最大、最灵敏的射电望远镜，年观测时长超5300小时、发现了660余颗新脉冲星……帮助科学家在天文学领域取得了一系列研究成果，拓展了人类观察宇宙的视野，成为中国科技自立自强代表性工程。

   为研究天体起源打开新窗口

  近年来，“中国天眼”在快速射电暴起源与物理机制、中性氢宇宙研究、脉冲星搜寻与物理研究、脉冲星测时与低频引力波探测等方向持续产出成果。观测宇宙中的气体是天体物理领域一个非常重要的研究课题，而宇宙中所有天体的起源都离不开原子气体。据介绍，星系的主要演化过程就是不断从宇宙空间吸收原子气体，然后将其转化为恒星的过程。“斯蒂芬五重星系”是一个距离地球约2.8亿光年的星系群，其中多个成员星系之间相互碰撞产生冲击波，发出明亮的光芒。自1877年被发现以来，这一首个被人类发现的星系群一直备受天文学领域关注。最新发现表明，在远离该星系群中心的外围空间，存在大尺度的低密度原子气体结构。这些气体结构的形成很可能与“斯蒂芬五重星系”早期形成时，星系间相互作用的历史有关，已经存在了大约10亿年。

  “这项发现对研究星系及其气体在宇宙中的演化提出了挑战。现有理论很难解释为什么在如此漫长的时间里，这些稀薄的原子气体仍没有被宇宙空间中的紫外背景辐射电离。”这项观测成果预示着，宇宙中可能存在大尺度的低密度原子气体结构。科学家团队的新发现，得益于“中国天眼”超高灵敏度带来的前所未有的极端暗弱天体探测能力。据介绍，“中国天眼”能够探测到远离星系中心的极其稀薄的弥散原子气体所发出的暗弱辐射，这为研究宇宙中天体的起源打开了一个崭新的窗口。

   快速射电暴领域崛起中国力量

  在“中国天眼”产生的诸多科学成果中，快速射电暴是最新也是最热的领域之一。在广袤的宇宙中，经常出现短暂而猛烈的无线电波爆发，持续时间通常仅有几毫秒，却能够释放出相当于地球上几百亿年发电量的巨大能量。2007年，天文学家首次发现了这样的毫秒电波——快速射电暴。迄今为止，天文学家已经观测到了几百例快速射电暴，并通过周边环境的复杂程度推测其所处的演化阶段。过去，由于没有自己的大射电望远镜，在快速射电暴这一研究领域中，中国科学家大多只能从事理论研究。随着“中国天眼”正式运行，快速射电暴领域的中国力量迅速崛起，研究成果不断产出。目前，科学家对快速射电暴的物理起源、周围环境、中心机制等尚不明晰，也缺乏对其核心区物理参数的直接观测资料。日前，中国科学家利用“中国天眼”对一例位于银河系外的快速射电暴开展了深度观测，首次探测到距离快速射电暴中心仅1个天文单位（即太阳到地球的距离）的周边环境的磁场变化，向着揭示快速射电暴中心引擎机制迈出重要一步。

  此项研究中，研究团队对位于银河系外的快速射电暴进行了长期监测，在54天共计82小时时间内，观测到了1863个爆发脉冲信号，基于这一迄今为止最大的快速射电暴偏振观测样本取得了若干重要发现。团队正在进一步研究，期待找到决定快速射电暴核心物理过程和能源机制的直接观测证据，早日揭示这一神秘宇宙现象的物理起源。观测快速射电暴，“中国天眼”很有优势。要获得更多、更详尽的天文学数据，离不开更大接收面积的望远镜，具备更强的暗弱信号探测能力，这样才能看得更多、看得更远，扩大观测样本数量，提高发现奇特天文学现象的几率。

  “中国天眼”口径达500米，作为世界上最灵敏的射电望远镜，“中国天眼”聚光面积巨大，电波收集能力超强，具有精密控制的变形能力，能够聚焦和稳定跟踪天体。专家表示，理论上说，“中国天眼”能接收到137亿光年以外的电磁信号，这个距离已接近于宇宙的边缘。

   与国际科学界携手探索宇宙

  “中国天眼”作为国家重大科技基础设施，是观天巨目、国之重器，实现了中国在前沿科学领域的一项重大原创突破。启用6年多来，“中国天眼”已在多个研究方向产出科学成果，深化着人类对宇宙的认知。目前科学家通过“中国天眼”发现的脉冲星已经超过660颗，这个数量是同一时期、国际上所有射电望远镜发现脉冲星总数的5倍以上。目前“中国天眼”已经进入成果爆发期，观测设备的稳定运行对此作出了巨大贡献。

  “中国天眼”不仅可以用于科学研究，还可以用于实际应用。据专家介绍，2019年，有一个小行星在地月1/6的距离与地球擦肩而过，但人类并没有观测到。由于这个小行星来自太阳的方向，强烈的太阳光让科学家无法清晰地用光学望远镜观测到小行星。如果用“中国天眼”的射电波段进行观测，就有可能更早地探测到“飞来”的小行星。因此，“中国天眼”有望成为近地天体防御的重要战略支撑。

  “中国天眼”已正式向全球开放共享，可以预测“中国天眼”将吸引国内外一流人才和前沿科研课题，中国科学家与国际科学界携手探索浩瀚宇宙，共创人类美好未来。