发布单位:台北市立天文科学教育馆

FAST

  FAST是一座位于中国贵州的单一孔径无线电望远镜(上图所示),口径达500公尺,又被称作「中国天眼」。FAST从2018年起开始进行找寻球状星团中脉冲星的巡天任务。最近中国科学院领导的研究团队,发表了这项调查任务的最新报告,主要内容包括:

  1. 在15个球状星团中新发现了24颗脉冲星。这个数字大约是FAST原先在球状星团中发现的脉冲星数量的两倍!
  2. 科学家首次在球状星团M2、M10,以及M14中探测到脉冲星的存在。
  3. 新发现了几颗「黑寡妇脉冲星」和「红背脉冲星」,它们属于毫秒脉冲星,得名于这两种会吞食伴侣的蜘蛛。这类脉冲星来自与伴星依存的双星系统,会逐渐吸积并吞食他们的伴星。
  4. 针对先前发现过的脉冲星进行额外的测量分析。

  这次新发现的脉冲星大多是在双星系统里,团队认为可能是因为在这几个球状星团里,恒星相遇的机率较低,双星系统的演化较漫长,延长被发现的机会。

  研究团队也针对这次他们提出的报告表示,FAST的灵敏度优于之前的调查任务,未来在搜索脉冲星上将会更快速,可以预期天文学家的球状星团脉冲星样本未来将继续增长。(编译/台北天文馆虞景翔)

资料来源:AAS NOVA

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发布单位:台北市立天文科学教育馆

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左图是根据Chandra的观测资料,对SN1987A超新星碎片撞击周围环状物质的3D模拟。右图是艺术家绘制的波霎风星云。波霎是高速旋转并具有强磁场的中子星,其吹出的粒子和强磁场作用形成波霎风星云。

  自1987年2月24日大麦哲伦星系里的SN1987A超新星爆炸后,作为四百年来首次肉眼可见的超新星,科学家对其很感兴趣,使它成为拥有最多研究的天体之一,其中包括寻找爆炸后留下的中子星。

  当质量大的恒星燃烧完核心的氢后,核心将塌缩反弹并把外层吹往太空。塌缩的核心将变成拥有极高密度的中子星,中子星是由中子緻密堆积所形成(约原子核的密度),假如把太阳压成一颗中子星大约仅16公里。

  波霎(脉冲星)是高速自转并带有强磁场的中子星,具有光束并随中子星自转如灯塔般扫过天空,假如朝向地球时可观测到短的脉冲。有些波霎表面会吹出物质(带电粒子),其速度甚至趋近于光速,当带电粒子和磁场作用将形成结构复杂的波霎风星云

  使用钱卓拉(Chandra)X射线天文台和核光谱望远镜阵列(NuSTAR),团队发现因SN1987A的碎片撞击周围物质而产生的相对低能量的X射线。此外因NuSTAR可侦测到更多相对高能量的X射线,借此团队亦发现高能量粒子存在SN1987A的证据。

  此相对高能量的X射线来源有两个可能,其一是高能量的波霎风星云,另一是爆炸波把粒子加速到高能量,后者不一定需要波霎存在,且可在离爆炸中心较远处出现。

  但此相对高能量的X射线资料,无法完全用爆炸波来解释,因而提高波霎风星云(中子星)存在的可能性。由于在2012到2014年间,科学家观测此X射线亮度皆差不多,但是于澳洲望远镜緻密阵列(ATCA)观测到的电波讯号强度却增强,这和爆炸波机制预期的结果不吻合。估计依靠爆炸波把电子加速到如NuSTAR观测的高能量,需要花上400年,较超新星残骸的年纪大上10倍。

  搭配Chandra和NuSTAR的观测与2020年ALMA的在毫米波段观测结果,亦可为波霎星云存在提供证据。

  因在SN1987A的中心布满灰尘和气体,遮挡其发出的光线。作者利用模拟了解物质对不同波长的X射线的吸收,从而反推原始发出的光谱。并预测数年后这些物质将散开,较不易遮挡光线,估计再过10年左右将可直接观测到坡霎发出的光,揭露中子星的存在。

  天文学家一直在猜测是否时间不足使中子星形成,抑或形成的是黑洞而不是中子星,SN1987A爆炸后留下的天体数十年来一直是未知谜团,而今新的观测提供更多资讯帮助了解。还需更多的观测资料来支持波霎风星云的存在。假如之后观测到无线电波的增强,伴随着相对高能的X射线减弱,将更能支持中子星的存在。(编译/台北天文馆陈姝蓉)

资料来源:Science News

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发布单位:中国科学院国家天文台

  利用脉冲星计时阵探测纳赫兹引力波是目前天文学领域的热点前沿,理解其中的计时噪声并且提高计时精度会极大提高探测纳赫兹引力波的能力。

  近日,中国科学院国家天文台博士研究生冯毅及其导师李菂研究员和来自澳大利亚联邦科学与工业研究组织的George Hobbs博士领导的团队,利用FAST(500米口径球面射电望远镜)发现了脉冲星计时阵中的毫秒脉冲星J1022+1001的jitter噪声(计时噪声的一种)模式,是利用FAST更好理解毫秒脉冲星的jitter噪声的第一步,也表明FAST具有更好地探测纳赫兹引力波的潜力。

  目前三个国际脉冲星计时引力波探测合作组织(PPTA、EPTA和NANOGrav)已经运行十年有余,而探测灵敏度几乎接近了“发现”的水平,未来极有可能在五年内获得重大突破。理解脉冲星计时阵中的计时噪声并且提高计时精度会极大的提高探测纳赫兹引力波的能力。FAST是目前世界上灵敏度最高的单口径射电望远镜,降低脉冲星计时阵中的毫秒脉冲星的jitter噪声能显著提高FAST探测纳赫兹引力波的能力。利用FAST灵敏度高的巨大优势,冯毅等人通过分析J1022+1001的单脉冲,首次发现了毫秒脉冲星的jitter噪声的模式。如图所示,J1022+1001的单脉冲的计时残差分为三层,表明了jitter噪声具有模式。进一步的分析和利用这种jitter模式,有望提高脉冲星计时阵的计时精度,从而加速纳赫兹引力波的探测。这标志着FAST具有更好地探测纳赫兹引力波的潜力,期待FAST在未来引领纳赫兹引力波领域,并取得重大突破。

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J1022+1001的其中一千个单脉冲的计时残差,计时残差是分层的,这颗毫秒脉冲星的jitter存在模式。左:使用标准模板。右:使用的模板是左图中的计时残差最负的一类单脉冲生成的。

  本工作已发表在《美国天体物理杂志》,文章链接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abd326

500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,FAST)
500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,FAST)

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发布单位:台北市立天文科学教育馆

  Swift J1818.0-1607是银河系中最稀有且神秘的天体之一,迄今为止加上它也只有五颗这种奇怪的磁星,但它的行为也与其它四个不同,它会发出断断续续的无线电脉冲,现阶段我们对这颗新磁星仍有很多未解之处,但天文学家认为它介于磁星与脉冲星之间。

  磁星(magnetar)是中子星里的一项分支,磁星也会发出脉冲,但与其它中子星不同之处是它们那异常强大的磁场,大约是地球磁场的几千亿倍,普通中子星磁场的几千倍,我们仍然不解其强大磁场的机制,而且它们也非常罕见,截至目前为止仅有24颗,磁星的脉冲不太规则,有时候甚至会消失。而普通脉冲星则要常见得多,天文学家已经发现了数千颗脉冲星,它们从两极发射出无线电波,当这些喷流的方向闪过地球时,可以被我们侦测到,一如灯塔一般持续发出亮光,有的甚至在几毫秒内就会闪一次。

  由于脉冲星及磁星都是一种中子星,天文学家预期在两者之间会有一些界于两者之间的天体,但令人惊讶的是,这种天体几乎不存在,最近天文学家认为,磁星上的无线电波应仍然存在,仅仅是面向错误的方向,比起脉冲星,磁星的脉冲波束可能更为狭窄,除非角度完全正对,否则很容易便错过。

艺术家笔下正在发出脉冲的磁星(credit: ESO)

▲艺术家笔下正在发出脉冲的磁星(credit: ESO)

  回到Swift J1818.0-1607,在2020年3月初,雨燕卫星观测到一次伽玛射线爆发,随后也发现了X射线爆发,之后研究团队利用无线电望远镜对Swift J1818.0-1607再做了一次的确认观测,三小时的观测记录下,确认它发出了无线电脉冲,乍看之下,该星与其它四颗磁星伙伴放出的无线电性质非常相似,然而当无线电的频率经过调整后,高频段的亮度急剧下降,这与磁星的脉冲完全不同,因为一般的磁星无论在高频或低频下,其强度是约略相等的,这反而是一般的脉冲星才会有的特性。

  Swift J1818.0-1607的特性与磁星较为接近,但它也有一般脉冲星所具有的特征,透过与2016年的一个脉冲星PSR J1119-6127的比较,两星的无线电爆发频谱非常相似,这也可能表明至少有一些磁星是从脉冲星演化而来的,但都需要更多的观测来证实。(编译/台北天文馆许晋翊)

资料来源:Science Alert

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