“中國天眼”新發現201顆脈衝星 挑戰銀河系電子分佈模型

中新網5月20日消息，“中國天眼”（500米口徑球面射電望遠鏡，FAST）再次取得重磅天文成果——新發現201顆脈衝星，包括一大批闇弱脈衝星。

《天文和天體物理學研究》新一期封面。　國家天文台 供圖

中國科學院國家天文台20日發佈消息説，該台韓金林研究員領導的科研團隊利用“中國天眼”開展銀道面脈衝星巡天，最新發現了201顆脈衝星，其中包括一批最闇弱的脈衝星、挑戰當代銀河系電子分佈模型的大色散量脈衝星、40顆毫秒脈衝星、16顆脈衝雙星、一批模式變化和消零脈衝星以及射電暫現源等。

這一重要天文學成果當天以封面文章形式，由中國主辦的天文學國際期刊《天文和天體物理學研究》(RAA)正式發表。

新發現脈衝星的色散量(DM)與兩種銀河系電子密度模型估計的最大DM值的比較。　國家天文台 供圖

提出用FAST進行脈衝星快照巡天

中科院國家天文台科普稱，脈衝星是大質量恆星死亡後的殘骸，是宇宙中密度最高、磁場最強、自轉最快、相對論效應顯著的一類迷人而又奇異的天體，是研究宇宙極端環境中物理規律的理想實驗室，長期以來都是備受注的天文和物理前沿研究領域，涉及引力波探測、精確驗證廣義相對論、限制極端物理條件下的物態方程、高精度時空基準建立等重要基本問題。自1968年脈衝星首次發現至今50餘年，全球已發現約3000顆脈衝星，其中約400多顆毫秒脈衝星。

作為當今世界靈敏度最高的射電望遠鏡，FAST配備19波束L波段接收機，成為世界上最強大的脈衝星搜尋利器。韓金林團隊提出利用FAST進行脈衝星快照巡天(GPPS)，對FAST可見的銀道面區域逐點進行5分鐘的闇弱信號積分，首次使得針對銀河系大天區面積的脈衝星系統性搜尋進入微央斯基量級的靈敏區域，預期FAST能夠發現1000顆左右的新脈衝星，並期待發現特殊類型高科學價值的脈衝星。

位於銀河系本地旋臂(左)或人馬旋臂(右)的新發現脈衝星(五角星)具有超常的色散量(DM)。　國家天文台 供圖

新發現脈衝星挑戰銀河系電子分佈模型

韓金林介紹説，GPPS項目團隊2019年完成觀測模式和數據處理試驗之後，項目於當年底被FAST科學委員會選定為重大優先觀測項目之一。2020年初，GPPS巡天項目正式開啓觀測。

截至2021年3月，GPPS共計觀測了約126平方度的銀道面區域，佔比不到巡天項目總體規劃的5%，但已經取得豐碩的科學成果。目前已發現新脈衝星201顆。相比之前世界上最靈敏的望遠鏡巡天，GPPS巡天靈敏度總體而言要高約一個數量級。

韓金林指出，在GPPS新發現的脈衝星中，一部分特殊脈衝星的色散量遠遠超過目前最好銀河系電子分佈模型的預計。根據模型估算，這些脈衝星應該位於銀河之外。

不過，“考慮到銀河系在這些方向有銀河旋臂，它們含有大量電子氣體雲團，很可能是模型中這些雲團的數目或雲團裏的電子密度被嚴重低估了。因此，新發現的脈衝星對當今的銀河系電子分佈模型提出挑戰”。

FAST-GPPS脈衝星搜尋靈敏度曲線及巡天探測的脈衝星，紅色為GPPS新發現的脈衝星。　國家天文台 供圖

新發現40顆毫秒脈衝星及一批特殊脈衝星

韓金林説，GPPS巡天早期結果還發現40顆毫秒脈衝星，其中至少有14顆位於密近雙星系統中。“毫無疑問，後續對這些毫秒脈衝星的測時觀測可以用來探測來自遙遠星系的低頻引力波，還可用於建立脈衝星時間和空間基準，其中一些脈衝星將會成為檢驗引力理論的絕佳利器”。

GPPS巡天同時發現了一批模式變換或消零脈衝星、旋轉射電暫現源以及在超新星爆炸遺蹟附近的脈衝星。這些特殊脈衝星對研究脈衝星輻射物理有重要意義。

此外，GPPS巡天團隊還記錄和分析了偏振數據，發表8顆脈衝星的偏振參數和法拉第旋率。利用GPPS巡天得到的高清靈敏數據，該團隊改進了64顆已知脈衝星的物理參數。

GPPS與其他望遠鏡發現的脈衝星光度函數分佈比較。　國家天文台 供圖

GPPS巡天未來有望完成銀河系脈衝星普查

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織天文和空間科學研究員、澳大利亞科學院院士曼切斯特(R N Manchester)教授和美國康奈爾大學柯蒂斯(J M Cordes)教授被《天文和天體物理學研究》期刊特邀為該論文的審稿人，兩位國際資深專家對利用FAST進行脈衝星快照巡天取得的天文發現成果給予高度評價。

曼切斯特教授在當期“新聞與觀點”專欄發表評論稱，“到目前為止，GPPS巡天僅覆蓋了FAST可觀測天區一小部分，就已經發現201顆以前未知的脈衝星。作為一個巡天項目早期階段，這數目令人印象非常深刻”“發現40個毫秒脈衝星，是一個了不起的成就”。他認為，GPPS項目成果論文揭示，FAST在脈衝星天文學特別是脈衝星搜尋方面擁有大好前景。

“GPPS巡天可能主導未來脈衝星發現，最終完成完整的銀河系脈衝星普查。”柯蒂斯教授在評論中指出， GPPS巡天還可能遲早會發現脈衝星-黑洞雙星，並對銀河系星際介質的研究大有裨益。該論文將讓學界“對FAST研究緻密天體和基本物理的大好前景感到興奮”。

韓金林表示，GPPS項目團隊目前正繼續努力搜尋整個FAST可見銀道面區域，未來結果可期。

(記者 孫自法)