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近日，國(guó)家天文臺(tái)韓金林研究員領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)利用FAST望遠(yuǎn)鏡開展銀道面脈沖星巡天，取得重要進(jìn)展，新發(fā)現(xiàn)了201顆脈沖星，其中包括一批最暗弱的脈沖星、挑戰(zhàn)當(dāng)代銀河系電子分布模型的大色散量脈沖星、40顆毫秒脈沖星、16顆脈沖雙星、一批模式變化和消零脈沖星以及射電暫現(xiàn)源等。這一發(fā)現(xiàn)于2021年5月20日作為封面文章正式發(fā)表在國(guó)內(nèi)天文學(xué)國(guó)際期刊《天文和天體物理學(xué)研究》（英文簡(jiǎn)稱RAA）上。

脈沖星是大質(zhì)量恒星死亡后的殘骸，是宇宙中密度最高、磁場(chǎng)最強(qiáng)、自轉(zhuǎn)最快、相對(duì)論效應(yīng)顯著的一類迷人而又奇異的天體，是研究宇宙極端環(huán)境中物理規(guī)律的理想實(shí)驗(yàn)室。長(zhǎng)期以來(lái)都是天文和物理的前沿研究領(lǐng)域，涉及引力波探測(cè)、精確驗(yàn)證廣義相對(duì)論、限制極端物理?xiàng)l件下的物態(tài)方程、高精度時(shí)空基準(zhǔn)建立等重要基本問(wèn)題。脈沖星的發(fā)現(xiàn)和研究，是國(guó)際上大射電望遠(yuǎn)鏡關(guān)鍵科學(xué)目標(biāo)之一，是在科學(xué)前沿“逐鹿中原”的必爭(zhēng)之地。早年的脈沖星發(fā)現(xiàn)，以及脈沖星雙星監(jiān)測(cè)對(duì)引力波輻射做出的首次物理驗(yàn)證，因其意義重大，還曾斬獲過(guò)兩項(xiàng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。自1968年脈沖星發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在50余年，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)約3000顆脈沖星，其中約400多顆毫秒脈沖星。

FAST是目前世界上靈敏度最高的射電望遠(yuǎn)鏡，配備的19波束L波段接收機(jī)，成為世界上最強(qiáng)大的脈沖星搜尋利器。韓金林團(tuán)隊(duì)提出用FAST進(jìn)行脈沖星快照巡天（the Galactic Plane Pulsar Snapshot survey，GPPS），對(duì)銀道面區(qū)域輪流進(jìn)行5分鐘積分，首次使得銀河系大面積脈沖星系統(tǒng)性搜尋進(jìn)入μJy量級(jí)的靈敏區(qū)域。FAST觀測(cè)預(yù)期能夠發(fā)現(xiàn)1000顆左右的新脈沖星，期待發(fā)現(xiàn)特殊類型高科學(xué)價(jià)值的脈沖星。2019年，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)完成了觀測(cè)模式和數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)之后，2019年底GPPS項(xiàng)目被FAST科學(xué)委員會(huì)選定為重大優(yōu)先觀測(cè)項(xiàng)目之一。2020年初，GPPS巡天項(xiàng)目正式開啟觀測(cè)。

圖1. FAST-GPPS巡天靈敏度與其他巡天項(xiàng)目的對(duì)比。左圖：FAST-GPPS脈沖星搜尋靈敏度曲線及巡天探測(cè)的脈沖星。紅色為GPPS新發(fā)現(xiàn)的脈沖星，藍(lán)色和黑色分別為之前Arecibo及Parkes等望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)又被FAST探測(cè)到的脈沖星；右圖：GPPS、Arecibo和其它如Parkes等望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的脈沖星光度函數(shù)分布比較?？梢奊PPS新發(fā)現(xiàn)的201顆脈沖星相比較Arecibo和Parkes等更為暗弱。

截止2021年3月，GPPS共計(jì)觀測(cè)了約126平方度的銀道面區(qū)域，占巡天項(xiàng)目總體規(guī)劃的不到百分之五，但已經(jīng)取得了豐碩的科學(xué)成果。目前已發(fā)現(xiàn)新脈沖星201顆。相比之前最靈敏的美國(guó)Arecibo望遠(yuǎn)鏡PALFA巡天，GPPS巡天靈敏度總體而言要高約一個(gè)數(shù)量級(jí)。新發(fā)現(xiàn)的一批最暗弱脈沖星流量?jī)H為在5μJy左右 （見圖1）。

在新發(fā)現(xiàn)的脈沖星中，一部分特殊脈沖星的色散量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前最好銀河系電子密度分布模型（NE2001和YMW16）的預(yù)計(jì)。如果利用銀河系電子密度模型估算脈沖星距離，這些脈沖星應(yīng)該坐落在銀河之外?？紤]到銀河系在這些方向有銀河系的旋臂，它們含有大量電子氣體云團(tuán)（圖2），很可能是銀河系模型中這些云團(tuán)的數(shù)目或云團(tuán)里的電子密度被嚴(yán)重低估了。因此新發(fā)現(xiàn)的脈沖星對(duì)當(dāng)代通用的銀河系電子密度模型提出挑戰(zhàn)。

圖2.位于銀河系本地旋臂（上左圖）或人馬旋臂（上右圖）的新發(fā)現(xiàn)脈沖星（五角星）具有超常的色散量（DM），遠(yuǎn)超經(jīng)典銀河系電子密度模型估計(jì)。

GPPS巡天早期結(jié)果還發(fā)現(xiàn)了40顆毫秒脈沖星，其中至少有14顆位于密近雙星系統(tǒng)中。毫無(wú)疑問(wèn)，后續(xù)對(duì)這些毫秒脈沖星的測(cè)時(shí)觀測(cè)可以用來(lái)探測(cè)來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的低頻引力波，還可用于建立脈沖星時(shí)間和空間基準(zhǔn)，其中一些脈沖星將會(huì)成為檢驗(yàn)引力理論的絕佳利器，因此這些發(fā)現(xiàn)是對(duì)該領(lǐng)域的一個(gè)顯著貢獻(xiàn)。

圖3.新發(fā)現(xiàn)的密近脈沖雙星系統(tǒng)。十分鐘左右的觀測(cè)就看到了脈沖相位因?yàn)殡p星軌道效應(yīng)引起的明顯飄移。

除此之外，GPPS巡天還發(fā)現(xiàn)了大約12顆模式變換或消零脈沖星、1顆旋轉(zhuǎn)射電暫現(xiàn)源（RRAT）以及與超新星遺跡成協(xié)的脈沖星。這些特殊脈沖星對(duì)研究脈沖星輻射物理有著重要的意義。GPPS巡天團(tuán)隊(duì)還記錄和分析了偏振數(shù)據(jù)，發(fā)表了8顆脈沖星的偏振參數(shù)和法拉第旋率。巡天工作的高清靈敏數(shù)據(jù)改進(jìn)了64顆已知脈沖星的物理參數(shù)。

澳大利亞CSIRO天文和空間科學(xué)研究員、澳大利亞科學(xué)院院士R N Manchester教授和美國(guó)康奈爾大學(xué)J M Cordes教授是RAA論文的特約審稿人。Manchester教授在RAA News and Views專欄發(fā)表了評(píng)論：“到目前為止，GPPS僅覆蓋了FAST可觀測(cè)天區(qū)一小部分，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了201顆以前未知的脈沖星。作為一個(gè)巡天項(xiàng)目早期階段, 這數(shù)目令人印象非常深刻...發(fā)現(xiàn)40個(gè)毫秒脈沖星，是一個(gè)了不起的成就...論文揭示了FAST在脈沖星天文學(xué)特別是脈沖星搜尋方面的大好前景。祝賀作者迅速而全面地將巡天方法和結(jié)果發(fā)表在評(píng)審期刊上。讓人懊惱的是這樣的論文竟然在該領(lǐng)域相當(dāng)少見?！?Cordes教授評(píng)論說(shuō)：“該巡天可能主導(dǎo)未來(lái)脈沖星發(fā)現(xiàn)，最終完成完整的銀河系脈沖星普查……可能遲早會(huì)發(fā)現(xiàn)脈沖星-黑洞雙星……對(duì)銀河系星際介質(zhì)的研究大有裨益……韓等人論文的讀者會(huì)對(duì)FAST研究致密天體和基本物理的大好前景感到興奮?！?/p>

目前，GPPS項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)繼續(xù)努力搜尋整個(gè)FAST可見銀道面區(qū)域，未來(lái)結(jié)果可期。

GPPS項(xiàng)目進(jìn)展和發(fā)現(xiàn)列表見網(wǎng)頁(yè)：http://zmtt.bao.ac.cn/GPPS/。

論文鏈接：http://www.raa-journal.org/docs/Supp/2021ms4877.pdf。

該項(xiàng)研究由國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)基礎(chǔ)研究中心項(xiàng)目資助。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員還受到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院等渠道相關(guān)項(xiàng)目的支持。（宋雅娟、趙宇豪）