ayx安卓：创新大唢呐｜中国天眼发现罕见“”脉冲星

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  夜空中，一颗脉冲星正以每秒近百圈的速度疯狂旋转，像一座永不疲倦的宇宙灯塔。然而每隔3.6小时，它的信号就会诡异地“消失”0.6小时，仿佛被一只无形之手捂住嘴巴。这不是科幻剧情，而是“中国天眼”FAST在银河系深处捕捉到的真实天文奇观。本期《创新大唢呐》带你一起去看看这颗被伴星周期性“吞噬”的罕见掩食脉冲星。

  “中国天眼”全景（维护保养期间无人机拍摄）。图源：新华社记者 欧东衢 摄

  浩瀚无垠的宇宙，存在很多人眼看不见的物质。而中国的一台巨型望远镜，却可以灵敏捕捉到它们的存在。

  “中国天眼”，即500米口径球面射电望远镜，简称FAST，占地面积约25万平方米，由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制管理系统、接收机与终端系统及观测基地等几大部分构成。

  FAST观测的是由遥远天体发出的频率在70兆赫兹至3吉赫兹之间的无线电波，也就是射电波段。射电波段属于大气窗口，人类正是通过大气窗口才得以观测宇宙。

  大气窗口指的是电磁波在大气中传播时，透过率较高的一些特定波段。在这些波段，电磁波受到大气的吸收、散射等影响比较小，因此我们大家可以利用这些波段进行天文观测和研究。射电波段就是一个大气窗口，并且因为波长长，不被吸收，散射得也不厉害，连多云天都可以做观测。

  首先它拥有一个500米口径的主动反射面，反射面面积约等于30个足球场大小，由4450块带有5毫米孔洞、厚1毫米的铝合金反射面板拼接而成。其下遍布2225根下拉索和促动器。巡天时，反射面会在目标天区对应位置通过下拉索瞬时变形成300米口径的抛物面，通过抛物面把平行到达的电磁波汇聚在一点。

  此时，6根长600多米的钢索会把装有电磁波接收装置的馈源舱牵引到焦点上。通过馈源舱底部的馈源接收机收集宇宙电波。这些收集到的宇宙信号又会顺着钢索上的光缆，传回总控制室。人类就是这样通过阅读宇宙电波，发现宇宙奥秘。

  目前，这只“巨眼”通过射电波段已经找到了超过900颗脉冲星。脉冲星无法被人眼观测，但如果我们有能力去到数十光年外的深空，那么这些能够发出规律强烈脉冲信号的脉冲星，就是宇宙航行的指路“明灯”。没有它们，我们会分分钟迷失在宇宙的无边黑暗中。

  “中国天眼”是我国打造的全球最大、最灵敏的单口径球面射电望远镜。我们究竟为何需要建造这样的巡天“巨眼”去了解亿万光年外的事情呢？

  FAST运行和发展中心常务副主任、总工程师姜鹏给出了答案：“FAST所面向的天文学问题，是人类共同的好奇心。人类的好奇心从一出生就存在，包括我们好奇我们从哪里来，我们在哪里，我们将要去向哪里。这样一些问题其实跟宇宙学中终极的三大问题是息息相关的，就是宇宙起源，星体起源，还有生命起源。而FAST这巨大的接收面积和超高灵敏度却很适合回答这样一些问题。”

  我国科学家利用“中国天眼”在银河系发现一颗毫秒脉冲星PSR J1928+1815，它有六分之一的时间被伴星遮挡（即掩食），且伴星质量远超一般掩食脉冲星的伴星。此类掩食脉冲星非常罕见，对开展恒星演化、致密星吸积、双星并合引力波源等研究具备极其重大意义。

  这一发现由中国科学院国家天文台研究员韩金林团队完成，成果论文5月23日凌晨在国际学术期刊《科学》在线发表。

  共包层演化模拟，蓝色天体为中子星，红色天体为膨胀的巨星。：央视新闻

  “浩瀚的银河系中，大多数恒星都是成对出现、共同演化。双星之间是怎么样做物质交换的？演化过程是怎样的？长期以来是天文学的前沿课题。”韩金林说。

  双星演化理论认为，质量较大的恒星一般会率先演化，塌缩成密度极高的致密星，如脉冲星或黑洞。质量小的伴星物质会被致密星吸积，并因质量流失而体积膨胀，甚至胀大到把致密星“揽入怀中”。此后，双星在一个公共包层中演化约一千年。公共包层演化后，留下快速自转的致密星与高温氦星，在非常紧密的轨道上相互绕转。

  “然而，公共包层演化后产生的这类特殊双星系统的存活时间仅约一千万年，然后伴星就演化成白矮星，进入新的阶段。这点时间对于138亿年的宇宙而言，稍纵即逝。据估算，这样的双星系统在银河系中只有几十个，极为罕见，因此很难捕捉。”韩金林说。

  2020年，团队利用“中国天眼”对银河系进行脉冲星深度搜索时，发现了PSR J1928+1815，自转周期为10.55毫秒，它与伴星相互绕转的轨道周期仅为3.6小时，且伴星质量至少有1个太阳那么大。

  “综合这些结果推断，它的伴星应该是高温氦星。脉冲星信号掩食是氦星甩出的星风物质遮挡引起的。”韩金林说，这个脉冲星和伴星应该是经历过共同包层演化之后的特殊双星。

  伴星物质脱离自身引力束缚落向中子星，系统成为X射线双星系统，中子星自转加速，结束后系统成为脉冲双星系统。：央视新闻

  《科学》审稿人认为，这一发现具备极高的科学价值，将帮助科学家更好开展双星系统公共包层演化研究，并有望为恒星群体演化、致密星吸积、引力波源预测等多领域科学研究提供观测依据。

  脉冲星是恒星死亡后的超高密度残骸，被誉为“宇宙灯塔”，其精确的周期性信号为研究极端物理环境提供了天然实验室。FAST凭借其超高灵敏度，已成为全世界发现脉冲星效率最高的设备。截至2024年，它已发现超1000颗新脉冲星，占全球已知总数的四分之一，这中间还包括毫秒脉冲星、双星系统脉冲星等稀有类型。 这些发现具备重大科学价值：毫秒脉冲星的计时精度堪比原子钟，通过一系列分析其信号微小扰动，科学家有望探测纳赫兹频段的低频引力波；双星系统脉冲星则为验证爱因斯坦广义相对论中的引力波预言提供了直接证据。FAST的持续观测，累积了大量数据，为绘制“银河系引力波地图”添上浓墨重彩的一笔。

  FAST 发现这么多脉冲星，那么观测脉冲星有什么实际应用？它的用处还真不少。当脉冲星发来的信号穿越星际时，会被沿途的电离气体阻碍，造成延迟。路程越长，电离气体越多，迟到越厉害。如果知道了脉冲星离我们有多远，再通过精密测量延迟的程度，就能反推信号沿途的星际介质分布情况。

  影响脉冲星信号的还有磁场，当电磁信号经过磁场时，它的偏振属性会被改变，磁场越强，改变幅度越大。测量信号的偏振，能够反推信号沿途的磁场分布情况。当超大质量天体扰动时空时，会产生引力波，改变脉冲星信号到达我们的时间。所以通过精确测量脉冲星周期的起伏，可以探测引力波。倘若能发现脉冲星-黑洞双星系统，观测一个稳定输出的天体和一个扭曲时空的天体如何搅拌乾坤，就更能检验广义相对论的预言，大大推动基础物理研究。

  脉冲星的自转周期很稳定，有些在长期表现上堪与原子钟媲美，并且它们“永不断电”，可比原子钟皮实多了。将脉冲星和原子钟结合起来，可以建立长时间稳定的精准时间系统，甚至用于星际导航。最后总结一下，FAST和它发现的脉冲星们，会让我们更好地认识宇宙，而这些发现，说不定有朝一日还可以帮助人类在星海中航行。

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