新華網北京1月6日電（記者 王瑩）記者從中國科學院國家天文臺獲悉，中國天眼FAST自2020年1月11日通過國家驗收以來高質量開放運行，2021年，依托FAST國家天文臺在中性氫譜線測量星際磁場、快速射電暴、脈沖星搜索等國際天文前沿領域取得新的重要科學成果。
2021年12月19日拍攝的“中國天眼”全景（維護保養(yǎng)期間攝，無人機照片）。新華社記者 歐東衢 攝
FAST運行和發(fā)展中心常務副主任、總工程師姜鵬介紹，2021年3月31日，FAST正式向全球開放共享，向全球天文學家征集觀測申請。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，并于2021年8月啟動科學觀測。
“FAST運行效率和質量不斷提高，年觀測時長超過5300小時，已遠超國際同行預期的工作效率，為FAST科學產出起到重要支撐作用?！睋i介紹，FAST成為自其運行以來世界上發(fā)現脈沖星效率最高的設備。2021年，依托FAST又取得了一批重要科研成果，其中就包括挑戰(zhàn)經典恒星形成圖景的FAST中性氫譜線測量星際磁場取得重大進展。
1月5日，在中科院國家天文臺舉行的新聞發(fā)布會上，FAST運行和發(fā)展中心首席科學家李菂介紹FAST在中性氫領域的最新重大成果。新華社記者 金立旺 攝
發(fā)布會上，FAST運行和發(fā)展中心首席科學家李菂介紹，磁場在恒星、行星和生命的產生中發(fā)揮著重要作用，過程復雜，因此“磁通量問題”是恒星形成中經典三大難題之一，分子云的星際磁場強度測量是全球天文界的共性挑戰(zhàn)。
據介紹，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，是不同尺度物質分布的最佳示蹤物之一。FAST望遠鏡是探測暗弱中性氫源的利器。李菂團隊發(fā)展并命名了原創(chuàng)的中性氫窄線自吸收（HINSA）方法。依托FAST望遠鏡無與倫比的靈敏度及優(yōu)良的光路設計，首次實現了HINSA塞曼效應的探測，獲得了強度為3.8±0.3微高斯的高置信度星際磁場測量，這是利用原子輻射手段探測分子云磁場的從0到1的突破。
“FAST探測到的磁場強度只有地球磁場的十萬分之一，比恒星形成標準模型預測的磁場強度弱至少3~4倍。FAST的結果揭示分子云在致密云核階段即可超前達成磁超臨界狀態(tài)，可能存在比標準模型更有效的磁場耗散機制使得恒星形成提前發(fā)生。此成果有望將中性氫窄線自吸收方法拓展成為星際磁場測量的重要系統性探針。”李菂告訴記者。
此次研究團隊采用原創(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測量結果。發(fā)現星際介質從冷中性氣體到原恒星核具有連貫性的磁場結構，異于標準模型預測，為解決恒星形成三大經典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據。該成果論文于北京時間2022年1月6日在國際學術期刊《自然》雜志以封面文章形式正式發(fā)表。
2021年12月19日拍攝的夕陽中的“中國天眼”全景（維護保養(yǎng)期間攝，無人機照片）。新華社記者 歐東衢 攝
快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮射電爆發(fā)現象，起源未知，是天文學最新熱點。發(fā)布會上，國家天文臺副研究員王培介紹，目前已有數百例FRB被探測到，其中僅少數呈現出重復爆發(fā)的現象。FRB121102是人類所知的第一個重復暴，在2017年成為首個被精確定位、能夠確認其宿主星系的FRB。
研究團隊利用FAST對快速射電暴FRB121102進行觀測，在約50天內探測到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爆發(fā)率的完整能譜及其雙峰結構，成果論文于2021年10月14日在國際學術期刊《自然》雜志發(fā)表。
據王培介紹，FAST多科學目標巡天已經發(fā)現至少6例新FRB，正在為揭示這一宇宙中神秘現象的機制、推進這一天文學全新的領域做出獨特的貢獻。
1月5日，在中科院國家天文臺舉行的新聞發(fā)布會上，國家天文臺韓金林在介紹FAST在脈沖星搜尋方面的重要進展。新華社記者 金立旺 攝
脈沖星是大質量恒星死亡后的“遺骸”，一顆方糖大小的體積就有上億噸的質量，脈沖星能夠發(fā)射出高度周期性的脈沖，周期在1.4毫秒到23秒之間。被稱為“毫秒脈沖星”的短周期脈沖星，可以與地球上最好的原子鐘相媲美。發(fā)現脈沖星是國際大型射電望遠鏡觀測的主要科學目標之一。
發(fā)布會上，國家天文臺研究員韓金林介紹，FAST配備19波束L波段接收機，是世界上最強大的脈沖星搜尋利器。研究團隊不僅從銀河的星辰大海中探測到原先已知的550顆脈沖星，還新發(fā)現了279顆脈沖星，其中65個為毫秒脈沖星，在雙星系統中的有22顆。相關論文于2021年5月在國內學術期刊《天文和天體物理學研究》發(fā)表。
2021年12月17日，工作人員對“中國天眼”的饋源艙進行維護保養(yǎng)。新華社記者 歐東衢 攝
記者了解到，基于FAST靈敏度國際領先的優(yōu)勢，將FAST與高能波段的重要空間天文設施費米伽馬射線天文臺大視場望遠鏡（Fermi-LAT）相結合進行天地一體化協同和后隨觀測，具有產生重大科學突破的潛力。
國家天文臺李菂、王培領導的國際合作團隊發(fā)現了多顆脈沖星，并開展了多波段觀測分析。相關成果于2021年12月在國內學術期刊《中國科學》上發(fā)表?！岸嗖ǘ魏献饔^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?！崩钋叡硎?。
1月5日，在中科院國家天文臺舉行的新聞發(fā)布會上，武向平院士在介紹FAST后續(xù)科學研究計劃。新華社記者 金立旺 攝
對于FAST后續(xù)研究計劃，中科院院士、國家天文臺研究員武向平表示，基于超高靈敏度的明顯優(yōu)勢，FAST已成為中低頻射電天文領域的觀天利器，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出深化人類對宇宙認知的科學成果。
