“中國天眼”獲得銀河系氣體高清圖像
軍工資源網(wǎng) 2022年12月13日 近日，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員韓金林帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，利用“中國天眼”500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST），揭示了銀河系星際介質(zhì)前所未見的高清細(xì)節(jié)?？蒲腥藛T在搜尋銀河系內(nèi)脈沖星的過程中，同步記錄了星際介質(zhì)的譜線數(shù)據(jù)，揭示了銀河系中性氫氣體的精致結(jié)構(gòu)和電離氣體的彌漫特征。研究還測(cè)量大量暗弱脈沖星的法拉第效應(yīng)，顯現(xiàn)出銀河系內(nèi)大范圍的磁場(chǎng)特征；新證認(rèn)出兩例超新星爆炸的遺跡。這對(duì)探索銀河系內(nèi)的星際生態(tài)循環(huán)有重要意義。12月10日，系列論文作為特別專題發(fā)表在《中國科學(xué)：物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)》（SCPMA）上。
璀璨群星聚集夜空，形成了一條橫亙蒼穹的銀河。作為人類在浩瀚宇宙中的家園，銀河系的結(jié)構(gòu)和組成存在很多謎團(tuán)。銀河內(nèi)千億恒星之間的廣袤星際空間并非虛無，而是充滿了稀薄的星際介質(zhì)。其中，彌漫分布的氫原子氣體輻射出頻率為1420MHz的譜線；稠密氫原子匯聚冷卻，形成氫分子云團(tuán)，在高密度云團(tuán)核心中孕育出新一代恒星；新生的明亮恒星能電離周圍氣體。恒星由生到死、不斷演化，其中一些最終爆炸成為超新星，產(chǎn)生超新星遺跡和脈沖星。爆炸激波能壓縮星際空間的氣體，將電子加速到接近光速。這些高速電子在星際磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，輻射微弱的無線電波。銀河系星際介質(zhì)隱藏了恒星生生死死的奧秘，一直是天文學(xué)家不斷探索的目標(biāo)。
“中國天眼”是目前世界上靈敏度最高的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，因配備了高靈敏度的L波段19波束制冷接收機(jī)，成為發(fā)現(xiàn)脈沖星、研究銀河系星際介質(zhì)的利器。韓金林研究團(tuán)隊(duì)于2019年巧妙設(shè)計(jì)并啟動(dòng)了銀道面脈沖星快照（GPPS）巡天，至今已發(fā)現(xiàn)500多顆脈沖星，且亮度比之前發(fā)現(xiàn)的脈沖星暗弱一個(gè)量級(jí)。他們?cè)谒褜っ}沖星的同時(shí)，同步記錄了星際氣體輻射的譜線數(shù)據(jù)，兼具高靈敏度、高頻譜分辨率、高空間分辨率的特征，是探究銀河系結(jié)構(gòu)和星際生態(tài)循環(huán)的寶貴資源。該團(tuán)隊(duì)最近完成了第一批GPPS巡天譜線數(shù)據(jù)的處理，發(fā)布了銀河系星際空間原子氣體、電離氣體、磁場(chǎng)以及無線電輻射的最新研究結(jié)果。
在第一次數(shù)據(jù)釋放中，F(xiàn)AST探測(cè)了銀經(jīng)33°至55°，銀緯±2°之間共88平方度天區(qū)的中性氫原子氣體的天空分布圖。雖然精細(xì)校準(zhǔn)還在進(jìn)行中，但初步結(jié)果已是國際上迄今為止靈敏度最高的氫原子氣體探測(cè)，展示了氫原子氣體分布前所未有的細(xì)節(jié)特征，甚至探測(cè)到距離銀河系中心6萬光年之外、其他望遠(yuǎn)鏡均看不清的小小云團(tuán)，為銀河系的氣體動(dòng)力學(xué)研究和旋臂結(jié)構(gòu)等前沿課題提供高質(zhì)量觀測(cè)數(shù)據(jù)集?！ ?/div>
星際空間電離氣體是銀河系中最后一個(gè)尚未深究的主要組分。該團(tuán)隊(duì)還處理了GPPS巡天同步記錄譜線數(shù)據(jù)中的氫原子復(fù)合線，得到了與氫原子同一天區(qū)銀河系星際空間的電離氣體的分布，揭示了由明亮恒星電離的高亮度區(qū)域和未知來源的彌漫氣體，且結(jié)構(gòu)相當(dāng)豐富，為銀河系內(nèi)氣體的生態(tài)循環(huán)和恒星形成研究提供了重要的數(shù)據(jù)集。
銀河系星際介質(zhì)中，磁場(chǎng)彌漫于整個(gè)星系，極難測(cè)量和研究。該團(tuán)隊(duì)依靠FAST的靈敏度優(yōu)勢(shì)，新測(cè)量了134顆銀暈暗弱脈沖星的偏振和法拉第效應(yīng)，研究出銀暈磁場(chǎng)強(qiáng)度約為2微高斯。利用新測(cè)量的銀盤脈沖星的法拉第效應(yīng)數(shù)據(jù)，研究還得到了銀河更遙遠(yuǎn)區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)的證據(jù)。沒有FAST，很難開展如此大范圍的星際磁場(chǎng)探測(cè)。
作為FAST對(duì)星際無線電連續(xù)譜輻射特征的探測(cè)試驗(yàn)，該團(tuán)隊(duì)利用FAST對(duì)5°× 7°天區(qū)進(jìn)行掃描成像。研究確認(rèn)了兩個(gè)大的暗弱無線電輻射結(jié)構(gòu)（G203.1+6.6和G206.7+5.9）是超新星爆炸產(chǎn)生的殼層遺跡，其中一個(gè)距離太陽很近，僅有約1400光年。目前為止，人類已知的超新星遺跡僅有300多個(gè)。
專題主編、中科院院士、上海交通大學(xué)教授景益鵬表示，“高靈敏度FAST觀測(cè)揭示了銀河系前所未有的細(xì)節(jié)。所發(fā)表的中性氫和電離氫數(shù)據(jù)庫可以用于探索銀河系星際氣體的許多特征，為世界范圍內(nèi)的天文學(xué)家提供寶貴的數(shù)據(jù)資源”。
韓金林領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)仍在努力巡測(cè)FAST可見的銀河區(qū)域，目標(biāo)是最終完成銀河2900平方度區(qū)域巡測(cè)，未來結(jié)果可期。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目的支持。
“中國天眼”獲得銀河系氣體高清圖像
FAST揭示的銀河星際氫原子氣體分布圖（速度區(qū)間-150 km/s到+150 km/s的累積）
FAST揭示的銀河系星際空間電離氣體分布圖（速度區(qū)間-40 km/s到+120 km/s的累積）