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“天眼”FAST首次發現並認證毫秒脈衝星

 4月18日, 中國科學院國家天文臺500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)首次發現的毫秒脈衝星得到國際認證, 這是 FAST 繼發現脈衝星之後的另一重要成果。

新發現的脈衝星 J0318+0253 自轉週期5.19毫秒, 根據色散估算距離地球約4000光年, 由 FAST 使用超寬頻接收機進行一小時跟蹤觀測發現, 是至今發現的射電流量最弱的高能毫秒脈衝星之一。

通過跟蹤伽馬射線點源 3FGL J0318.1+0252, FAST 於2月27日首次發現這顆毫秒脈衝星, 並通過 FAST 與費米伽馬射線衛星大視場望遠鏡(Fermi-LAT)的國際合作認證了此次新發現。

從射電波段對 Fermi-LAT 未認證點源進行高靈敏度後隨觀測, 確認高能源屬性,

是發現新脈衝星的有效途徑之一。 國際大型射電天文臺曾對J0318+0253對應的費米點源進行過多次脈衝星搜索, 比如美國 Arecibo 望遠鏡在2013年6月開展的三次定點觀測, 都未探測到。

通過對 Fermi-LAT 伽馬射線資料的後隨計時分析證實 J0318+0253 為孤立毫秒脈衝星, 並提高位置精度至亞角秒量級。 這是 FAST–Fermi-LAT 合作組的首個成果。 雙方將繼續合作研究, 並開展多波段觀測分析。

毫秒脈衝星是每秒自轉上百次的特殊中子星, 對其研究不僅有望對理解中子星演化、奇異物質狀態起到重要作用, 而且穩定的毫秒脈衝星是低頻引力波探針。 脈衝星搜索是進行引力波探測研究的基礎, 脈衝星計時陣是觀測超大品質雙黑洞發出的引力波最有效的方法。

脈衝星計時陣依賴數十顆計時性質良好的毫秒脈衝星, 其樣本的擴大、性能的提高起始於脈衝星搜索。 此次 FAST 首次發現毫秒脈衝星, 展示了 FAST 對國際低頻引力波探測做出實質貢獻的潛力。

FAST 專案組已經策劃的 FAST 多科學目標同時巡天規劃(CRAFTS, arxiv:1802.03709;http://crafts.bao.ac.cn/)將發現大量毫秒脈衝星, 大幅度提高脈衝星陣探測引力波的靈敏度。

北京大學科維理天文與天體物理研究所李柯伽研究員表示, 此次發現展示了 FAST 在脈衝星搜尋方面的重大潛力, 凸顯了大口徑射電望遠鏡在新時代的生命力。 FAST 望遠鏡在調試階段即取得這樣的重大成果, 期待早日正式運行, 提高中國射電天文整體的實力。

北京大學天文系徐仁新教授表示, 除了科學意義外, 毫秒脈衝星還有潛在的應用價值。

FAST 參與毫秒脈衝星的發現將為全球科學家和工程師提供更好的機遇。

澳大利亞科工組織研究員,國際引力波聯合探測委員會( GWIC )成員 G. Hobbs 表示, 國際射電天文界為 FAST 已經取得大量脈衝星發現感到興奮, 看好 FAST 的國際合作前景, 並期待 FAST 為引力波探測作出貢獻。

FAST 將繼續調試, 以期達到設計指標, 通過國家驗收, 並成為世界一流的射電天文望遠鏡。

新發現的毫秒脈衝星 PSR J0318+0253 位置和積分脈衝輪廓。 (左圖)PSR J0318+0253所在伽馬射線巡天圖像的位置;(右圖a)FAST 一小時跟蹤觀測獲得的射電波段積分脈衝輪廓;(右圖b)折疊 Fermi-LAT 累積9年資料所獲得的伽馬光子積分脈衝輪廓。

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