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中國天眼高質(zhì)量開放運行 取得系列重要科學(xué)成果
2022年01月13日 09:13:58
來源：中國科學(xué)院國家天文臺 點擊量：6016
截至目前，F(xiàn)AST共發(fā)現(xiàn)約500顆脈沖星，成為自其運行以來世界上發(fā)現(xiàn)脈沖星效率最高的設(shè)備。2021年，依托FAST又取得了一批重要科研成果。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】中國天眼(FAST)自2020年1月11日通過國家驗收至今已近兩周年。兩年來，中國科學(xué)院國家天文臺按照“高水平管理和運行好這一重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施，早出成果、多出成果，出好成果、出大成果”的要求，在全力組織做好FAST高質(zhì)量開放運行的同時，第一時間成立了FAST科學(xué)委員會、時間分配委員會和用戶委員會，統(tǒng)籌規(guī)劃科學(xué)方向、遴選重大項目、制定數(shù)據(jù)開放政策、分配觀測時間等。為充分發(fā)揮FAST科學(xué)效能，促進重大科學(xué)成果產(chǎn)出，科學(xué)委員會圍繞FAST優(yōu)勢科學(xué)目標(biāo)，征集遴選了五個優(yōu)先重大項目，組織全國優(yōu)秀科研團隊，開展大團隊集中攻關(guān)，取得了一系列重要成果。
2021年3月31日，F(xiàn)AST正式向全球開放共享，向全球天文學(xué)家征集觀測申請，彰顯了中國科學(xué)家與國際科學(xué)界攜手合作的理念。此次征集收到來自不同國家共7216小時的觀測申請，最終14個國家(不含中國)的27份國際項目獲得批準(zhǔn)，并于2021年8月啟動科學(xué)觀測。
FAST運行效率和質(zhì)量不斷提高，年觀測時長超過5300小時，已遠超國際同行預(yù)期的工作效率，為FAST科學(xué)產(chǎn)出起到重要支撐作用。截至目前，F(xiàn)AST共發(fā)現(xiàn)約500顆脈沖星，成為自其運行以來世界上發(fā)現(xiàn)脈沖星效率最高的設(shè)備。
2021年，依托FAST又取得了一批重要科研成果。
FAST中性氫譜線測量星際磁場取得重大進展。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(zhì)分布的最佳示蹤物之一。國家天文臺慶道沖、李菂領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團隊采用原創(chuàng)的中性氫窄線自吸收方法，利用FAST首次獲得原恒星核包層中的高置信度的塞曼效應(yīng)測量結(jié)果。發(fā)現(xiàn)星際介質(zhì)從冷中性氣體到原恒星核具有連貫性的磁場結(jié)構(gòu)，異于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測，為解決恒星形成三大經(jīng)典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據(jù)。-該成果論文于北京時間2022年1月6日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志以封面文章形式正式發(fā)表。
獲得迄今最大快速射電暴爆發(fā)事件樣本，首次揭示快速射電暴的完整能譜及其雙峰結(jié)構(gòu)。快速射電暴(FRB)是宇宙中最明亮射電爆發(fā)現(xiàn)象，起源未知，是天文學(xué)最新熱點。國家天文臺李菂、王培、朱煒瑋領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團隊利用FAST對快速射電暴FRB121102進行觀測，在約50天內(nèi)探測到1652次爆發(fā)事件，獲得迄今最大的快速射電暴爆發(fā)事件樣本，超過此前本領(lǐng)域所有文章發(fā)表的爆發(fā)事件總量，首次揭示了快速射電暴的完整能譜及其雙峰結(jié)構(gòu)，成果論文于2021年10月14日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志發(fā)表。FAST多科學(xué)目標(biāo)巡天已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少6例新FRB，正在為揭示這一宇宙中神秘現(xiàn)象的機制、推進這一天文學(xué)全新的領(lǐng)域做出獨特的貢獻。
“銀道面脈沖星快照巡天”項目持續(xù)發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星。發(fā)現(xiàn)脈沖星是國際大型射電望遠鏡觀測的主要科學(xué)目標(biāo)之一。國家天文臺韓金林領(lǐng)導(dǎo)的FAST重大優(yōu)先項目“銀道面脈沖星快照巡天”在不到兩年時間，累計觀測了約620個機時，完成了計劃搜尋天區(qū)的8%，截至目前該項目新發(fā)現(xiàn)279顆脈沖星，其中65個為毫秒脈沖星，在雙星系統(tǒng)中的有22顆。相關(guān)論文于2021年5月在國內(nèi)學(xué)術(shù)期刊《天文和天體物理學(xué)研究》發(fā)表。國際著名學(xué)者澳大利亞科學(xué)院院士Manchester教授評價“發(fā)現(xiàn)這么多脈沖星令人印象深刻”，“發(fā)現(xiàn)如此眾多毫秒脈沖星，是一個顯著的成就”。該工作執(zhí)行1年半所發(fā)現(xiàn)的脈沖星數(shù)已經(jīng)超越美國阿雷西博望遠鏡15年的搜尋結(jié)果。
開展多波段合作觀測，開啟脈沖星搜索新方向，并打開研究脈沖星電磁輻射機制的新途徑。基于FAST靈敏度國際領(lǐng)先的優(yōu)勢，將FAST與高能波段的重要空間天文設(shè)施費米伽馬射線天文臺大視場望遠鏡(Fermi-LAT)相結(jié)合進行天地一體化協(xié)同和后隨觀測，具有產(chǎn)生重大科學(xué)突破的潛力。國家天文臺李菂、王培領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團隊發(fā)現(xiàn)了多顆脈沖星，并開展了多波段觀測分析。相關(guān)成果于2021年12月在國內(nèi)學(xué)術(shù)期刊《中國科學(xué)》上以封面及編輯點評文章形式發(fā)表。多波段合作觀測不僅開啟了FAST脈沖星搜索新方向，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更多樣本。
基于超高靈敏度的明顯優(yōu)勢，F(xiàn)AST已成為中低頻射電天文領(lǐng)域的觀天利器，未來將在快速射電暴起源與物理機制、中性氫宇宙研究、脈沖星搜尋與物理研究、脈沖星測時與低頻引力波探測等方向產(chǎn)出深化人類對宇宙認知的科學(xué)成果。
2021年2月5日，習(xí)近平總書記在考察貴州時，專門聽取了FAST工作匯報，并視頻連線慰問現(xiàn)場工作人員。習(xí)近平總書記指出，中國天眼是觀天巨目、國之重器，實現(xiàn)了我國在前沿科學(xué)領(lǐng)域的一項重大原創(chuàng)突破?？倳泴χ袊茖W(xué)院和廣大科技工作者的親切關(guān)懷，體現(xiàn)了對科技自立自強和強化國家戰(zhàn)略科技力量的殷切期望。中國科學(xué)院將以更為開放的姿態(tài)向全球共享科學(xué)研究設(shè)施，為國際天文學(xué)界提供高水平的觀測平臺，促進天文研究國際合作，提升我國天文研究的國際地位和影響力，用“中國智造”為構(gòu)建人類命運共同體貢獻“中國智慧”，推動世界科技發(fā)展和人類文明進步。
《自然》雜志封面設(shè)計稿，呈現(xiàn)金牛座分子云天區(qū)的星際介質(zhì)和磁場。曲線為普朗克衛(wèi)星測量的磁場方向圖，本底星云來自赫歇爾空間望遠鏡拍攝的塵埃圖像。
左圖快速射電暴FRB 121102平均每小時爆發(fā)率的能量分布。在低能端90%探測完備性下測量到低于特征能量E0=4.8x1037erg開始出現(xiàn)爆發(fā)率下降，展現(xiàn)了復(fù)雜能量分布。右圖FAST觀測快速射電暴藝術(shù)想象圖，圖中脈沖來自FAST觀測FRB121102真實數(shù)據(jù)。圖片版權(quán)：國家天文臺
左圖PSR J0318+0253位置和積分脈沖輪廓。a)FAST一小時跟蹤觀測的射電波段積分輪廓；b)折疊Fermi-LAT累積9年數(shù)據(jù)所獲得的伽馬光子積分脈沖輪廓。右圖FAST-FermiLAT合作開展脈沖星觀測藝術(shù)想象圖，《中國科學(xué)》2021年第12期封面。
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