“中国天眼”新发现201颗脉冲星 挑战银河系电子分布模型
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北京5月20日电 (记者 孙自法)“中国天眼”(500米口径球面射电望远镜，FAST)再次取得重磅天文成果——新发现201颗脉冲星，包括一大批暗弱脉冲星。
《天文和天体物理学研究》新一期封面。 国家天文台 供图
中国科学院国家天文台20日发布消息说，该台韩金林研究员领导的科研团队利用“中国天眼”开展银道面脉冲星巡天，最新发现了201颗脉冲星，其中包括一批最暗弱的脉冲星、挑战当代银河系电子分布模型的大色散量脉冲星、40颗毫秒脉冲星、16颗脉冲双星、一批模式变化和消零脉冲星以及射电暂现源等。
这一重要天文学成果当天以封面文章形式，由中国主办的天文学国际期刊《天文和天体物理学研究》(RAA)正式发表。
新发现脉冲星的色散量(DM)与两种银河系电子密度模型估计的最大DM值的比较。 国家天文台 供图
提出用FAST进行脉冲星快照巡天
中科院国家天文台科普称，脉冲星是大质量恒星死亡后的残骸，是宇宙中密度最高、磁场最强、自转最快、相对论效应显著的一类迷人而又奇异的天体，是研究宇宙极端环境中物理规律的理想实验室，长期以来都是备受注的天文和物理前沿研究领域，涉及引力波探测、精确验证广义相对论、限制极端物理条件下的物态方程、高精度时空基准建立等重要基本问题。自1968年脉冲星首次发现至今50余年，全球已发现约3000颗脉冲星，其中约400多颗毫秒脉冲星。
作为当今世界灵敏度最高的射电望远镜，FAST配备19波束L波段接收机，成为世界上最强大的脉冲星搜寻利器。韩金林团队提出利用FAST进行脉冲星快照巡天(GPPS)，对FAST可见的银道面区域逐点进行5分钟的暗弱信号积分，首次使得针对银河系大天区面积的脉冲星系统性搜寻进入微央斯基量级的灵敏区域，预期FAST能够发现1000颗左右的新脉冲星，并期待发现特殊类型高科学价值的脉冲星。
位于银河系本地旋臂(左)或人马旋臂(右)的新发现脉冲星(五角星)具有超常的色散量(DM)。 国家天文台 供图
新发现脉冲星挑战银河系电子分布模型
韩金林介绍说，GPPS项目团队2019年完成观测模式和数据处理试验之后，项目于当年底被FAST科学委员会选定为重大优先观测项目之一。2020年初，GPPS巡天项目正式开启观测。
截至2021年3月，GPPS共计观测了约126平方度的银道面区域，占比不到巡天项目总体规划的5%，但已经取得丰硕的科学成果。目前已发现新脉冲星201颗。相比之前世界上最灵敏的望远镜巡天，GPPS巡天灵敏度总体而言要高约一个数量级。
韩金林指出，在GPPS新发现的脉冲星中，一部分特殊脉冲星的色散量远远超过目前最好银河系电子分布模型的预计。根据模型估算，这些脉冲星应该位于银河之外。
不过，“考虑到银河系在这些方向有银河旋臂，它们含有大量电子气体云团，很可能是模型中这些云团的数目或云团里的电子密度被严重低估了。因此，新发现的脉冲星对当今的银河系电子分布模型提出挑战”。
FAST-GPPS脉冲星搜寻灵敏度曲线及巡天探测的脉冲星，红色为GPPS新发现的脉冲星。 国家天文台 供图
新发现40颗毫秒脉冲星及一批特殊脉冲星
韩金林说，GPPS巡天早期结果还发现40颗毫秒脉冲星，其中至少有14颗位于密近双星系统中。“毫无疑问，后续对这些毫秒脉冲星的测时观测可以用来探测来自遥远星系的低频引力波，还可用于建立脉冲星时间和空间基准，其中一些脉冲星将会成为检验引力理论的绝佳利器”。
GPPS巡天同时发现了一批模式变换或消零脉冲星、旋转射电暂现源以及在超新星爆炸遗迹附近的脉冲星。这些特殊脉冲星对研究脉冲星辐射物理有重要意义。
此外，GPPS巡天团队还记录和分析了偏振数据，发表8颗脉冲星的偏振参数和法拉第旋率。利用GPPS巡天得到的高清灵敏数据，该团队改进了64颗已知脉冲星的物理参数。
GPPS与其他望远镜发现的脉冲星光度函数分布比较。 国家天文台 供图
GPPS巡天未来有望完成银河系脉冲星普查
澳大利亚联邦科学与工业研究组织天文和空间科学研究员、澳大利亚科学院院士曼切斯特(R N Manchester)教授和美国康奈尔大学柯蒂斯(J M Cordes)教授被《天文和天体物理学研究》期刊特邀为该论文的审稿人，两位国际资深专家对利用FAST进行脉冲星快照巡天取得的天文发现成果给予高度评价。
曼切斯特教授在当期“新闻与观点”专栏发表评论称，“到目前为止，GPPS巡天仅覆盖了FAST可观测天区一小部分，就已经发现201颗以前未知的脉冲星。作为一个巡天项目早期阶段，这数目令人印象非常深刻”“发现40个毫秒脉冲星，是一个了不起的成就”。他认为，GPPS项目成果论文揭示，FAST在脉冲星天文学特别是脉冲星搜寻方面拥有大好前景。
“GPPS巡天可能主导未来脉冲星发现，最终完成完整的银河系脉冲星普查。”柯蒂斯教授在评论中指出， GPPS巡天还可能迟早会发现脉冲星-黑洞双星，并对银河系星际介质的研究大有裨益。该论文将让学界“对FAST研究致密天体和基本物理的大好前景感到兴奋”。
韩金林表示，GPPS项目团队目前正继续努力搜寻整个FAST可见银道面区域，未来结果可期。
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