首次在銀河系發現超強磁場新天體!SKA先導望遠鏡立功了

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銀河系還存在多少新天體?科研人員又有了新發現。

近日,中科院上海天文臺張翔助理研究員與她的澳洲合作者、來自科廷大學國際射電天文研究中心的Hurley-Walker博士等通過分析SKA先導望遠鏡的觀測資料,發現了一個具有異常緩慢週期性輻射的射電暫現源。研究團隊認為該射電暫現源可能是一個超長週期的磁星或擁有超強磁場的白矮星。相關研究成果線上發表於1月27日的《自然》雜誌上。

這一發現為搜尋低頻暫現源打開了一扇新的視窗。張翔解釋,由於這是在銀道面區域長週期暫現源的首次探測,如果能繼續探測到更多具有類似特徵的暫現源並揭示其物理性質,則意味著在銀河系記憶體在一類具有超強磁場的長週期星體,有助於全面瞭解恆星的演化和死亡。

SKA將這樣探索世界

國際大科學計劃和大科學工程,已成為世界科技創新領域重要的全球公共產品和提升本國創新能力的重要合作平臺。

平方公里陣列(Square Kilometre Array, SKA)作為一個國際大科學工程專案,是由全球多國合資建造和執行的世界最大規模綜合孔徑射電望遠鏡,集大視場、高靈敏度、高解析度、寬頻率範圍等效能於一身,因接收總面積約“1平方公里”而得名。臺址位於南非及南部非洲8國、澳大利亞的無線電寧靜區域,已於2021年啟動建設,這也是人類有史以來建造的最大射電望遠鏡,建成後將比目前最大的射電望遠鏡陣列JVLA的靈敏度提高約50倍,巡天速度提高約一萬倍。

2019年,我國作為創始成員國簽署《成立平方公里陣列天文臺公約》,根據公約,自去年6月26日起,我國正式成為SKA天文臺成員國。

這種大科學裝置專案,對幫助科學家發現成果至關重要。

中科院院士、中國SKA首席科學家武向平曾介紹,SKA是下一代最先進的射電望遠鏡,科學研究目標包括宇宙中第一代發光天體如何形成、脈衝星搜尋和引力理論檢驗、星系形成與演化、暗能量性質、宇宙磁場、引力本質、生命分子與地外文明等,其中任何一個問題的突破,都將是自然科學的重大變革。

“和古時候的天文學家通常在晚上探測不同,有了這些望遠鏡,我們現在基本也不用值夜班了。”張翔告訴第一財經記者,因為望遠鏡基本上都是靠電腦操作的,望遠鏡在夜間也在不斷地拍各種照片積累資料,而這些資料會傳輸到附近的超算中心,經過第一波的處理後,會再通過類似海底光纜傳送到世界各地的其他中心,便於當地科學家們處理這些資料。

金葉子/攝

本次成果中,論文的第二作者、上海天文臺張翔主要承擔的是這項工作中的偏振校準和偏振資料分析,並製作了論文中的三幅關鍵影象。

她介紹道,由於該專案的原始資料量巨大,資料處理中間過程產生的資料量更大(超過1000萬個影象檔案),資料處理過程複雜,資料處理軟體對計算叢集的訪存輸入輸出(IO)頻寬、資料IO頻寬、高併發任務和高並行化處理都有極高要求。

基於上述SKA偏振資料處理的特點和極高要求,上海天文臺作為MWA的正式成員,利用自主研發的中國SKA區域中心原型機,聯合國際SKA科學團隊針對SKA重點科學目標開展了一系列科學研究。

值得注意的是,在本項研究工作中,中國SKA區域中心原型機承擔了該專案部分MWA資料的計算和儲存,參與了寬波段偏振資料的處理,完成了部分偏振影象的分析,並與澳大利亞SKA區域中心的計算裝置共同完成了其他資料處理任務。

中國SKA區域中心原型機 金葉子/攝

上海天文臺研究員、中國SKA區域中心原型機負責人安濤介紹,中國SKA區域中心原型機自2019年11月建成至今已連續兩年獲得中國十大天文科技進展,並被SKAO(平方公里陣列天文臺)認可為“國際首臺SKA區域中心原型機”,未來將為SKA先導望遠鏡的大型巡天專案提供計算資源和技術支援,幫助全球SKA科學家產生更多原創成果。

先導裝置的作用

本次發現成果的,是SKA低頻望遠鏡的先導裝置MWA (Murchison Widefield Array),位於澳大利亞西部的默奇森射電天文臺(MRO)。上海天文臺作為正式成員單位參加MWA的II期執行,並獲取相關資料及科學資源。

作為SKA低頻望遠鏡的先導專案,MWA將探索宇宙再電離、河內與河外星系巡天、時域天文物理、太陽與電離層等方向的科學研究

“MWA有巡天觀測模式,這是一種掃描式的觀測,這些觀測的資料積累下來,科學家就能做進一步資料的挖掘。”張翔介紹說,正是通過研究這些資料,他們才發現了一個具有異常緩慢週期性輻射的緻密暫現源。

這顆暫現源於2018年初出現,其爆發週期約為18分鐘左右,比已知的最長的脈衝星爆發週期長9倍。該暫現源的長週期和低頻波段的高偏振度均無法用已知脈衝星的理論模型和觀測特徵來解釋,由此排除了它是一顆普通脈衝星的可能性。“我們認為它更有可能是一顆磁星(Magnetar)或者是一個擁有超強磁場的白矮星。”

中國SKA區域中心原型機 金葉子/攝

“我們正在開展系統性的搜尋,以發現更多的這種型別的星體,並建立一個大樣本進行統計研究,從而填補磁星研究的空白。”張翔說。