記者 張雙虎 黃辛

1月27日，《自然》刊發(fā)中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)助理研究員張翔與澳大利亞科廷大學(xué)國(guó)際射電天文研究中心Hurley-Walker博士等的合作研究成果。他們通過(guò)分析平方公里陣列（SKA）低頻先導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)具有異常緩慢周期性輻射的射電暫現(xiàn)源。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，該射電暫現(xiàn)源可能是一個(gè)超長(zhǎng)周期的磁星或擁有超強(qiáng)磁場(chǎng)的白矮星。

暫現(xiàn)源是指天空中出現(xiàn)時(shí)間較短的物體。張翔舉例說(shuō)，流星是暫現(xiàn)源，但大多數(shù)星星不是。“長(zhǎng)周期暫現(xiàn)源”是指該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這顆源反復(fù)出現(xiàn)，且間隔時(shí)間較長(zhǎng)。

“這次是偶然探測(cè)到長(zhǎng)周期暫現(xiàn)源，我們由此打開了新的觀測(cè)窗口，未來(lái)可能發(fā)現(xiàn)很多類似的源?！睆埾韪嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

打破“低頻射電天空”的平靜

“高頻射電天空”（在高頻射電波段觀測(cè)的空間）因超新星爆發(fā)、伽馬射線暴、黑洞吸積盤耀發(fā)等暫現(xiàn)天體而熠熠生輝，但“低頻射電天空”卻表現(xiàn)得異常安靜。然而，這種平靜正在被打破。

“在射電天文觀測(cè)中，低頻射電天空一般指觀測(cè)波段在1GHz以下的空間?！睆埾枵f(shuō)，“我們這項(xiàng)研究在70MHz至230MHz范圍工作。以SKA及其先導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡為代表的新一代射電望遠(yuǎn)鏡，正以更強(qiáng)、更深入的觀測(cè)能力，迎來(lái)射電暫現(xiàn)源研究的新時(shí)代?！?/p>

2018年初，張翔與Hurley-Walker等通過(guò)分析位于澳大利亞的SKA低頻先導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡默奇森寬場(chǎng)陣列（MWA）的巡天觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)具有異常緩慢周期性輻射的致密暫現(xiàn)源。

張翔告訴記者，這顆暫現(xiàn)源爆發(fā)周期約為18分鐘，比已知最長(zhǎng)的脈沖星爆發(fā)周期長(zhǎng)9倍，每次爆發(fā)持續(xù)30秒至60秒，也包括短時(shí)標(biāo)（<0.5秒）的爆發(fā)。在更多情況下，觀察到的是比較平滑的、以小時(shí)為單位演變的輪廓。在爆發(fā)期間，它是150MHz波段南天最明亮的30個(gè)射電源之一。

“天文學(xué)界原先不清楚這種長(zhǎng)周期源是否存在?！盚urley-Walker說(shuō)，“這次是偶然探測(cè)到長(zhǎng)周期暫現(xiàn)源，研究這類源有助于全面了解恒星的演化和死亡。”

發(fā)現(xiàn)新的“窗口”

科研團(tuán)隊(duì)在隨后的光學(xué)、紅外、高能觀測(cè)中，均未發(fā)現(xiàn)它的對(duì)應(yīng)體。對(duì)其射電脈沖的色散測(cè)量表明，這個(gè)暫現(xiàn)源位于銀河系內(nèi)，與太陽(yáng)系的距離約4200光年。偏振測(cè)量顯示，此暫現(xiàn)源的線偏振度約為90%。

“這超過(guò)了150MHz波段中同一觀測(cè)模式下的所有已知脈沖星；由于成像觀測(cè)方法存在平滑效應(yīng)，這種模式下觀測(cè)到的脈沖星的線偏振度不超過(guò)70%。該暫現(xiàn)源的高偏振度表明存在超強(qiáng)磁場(chǎng)?！睆埾枵f(shuō)。

該暫現(xiàn)源的長(zhǎng)周期和低頻波段的高偏振度均無(wú)法用已知脈沖星的理論模型和觀測(cè)特征來(lái)解釋，研究人員由此排除了它是一顆普通脈沖星的可能性。這顆暫現(xiàn)源一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即引起國(guó)際天文學(xué)界對(duì)其性質(zhì)的熱議。該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，它更有可能是一顆磁星或一個(gè)擁有超強(qiáng)磁場(chǎng)的白矮星。

這一發(fā)現(xiàn)為搜尋低頻暫現(xiàn)源打開了新的窗口：由于銀道面區(qū)域有復(fù)雜的射電輻射結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的星際閃爍，在以往的大多數(shù)低頻射電巡天項(xiàng)目中，對(duì)暫現(xiàn)源的搜尋往往局限于遠(yuǎn)離銀道面的區(qū)域，沒(méi)有對(duì)周期為幾分鐘到幾小時(shí)的暫現(xiàn)源進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)性搜尋。

“該發(fā)現(xiàn)是首次在銀道面區(qū)域探測(cè)到長(zhǎng)周期暫現(xiàn)源，后續(xù)如果能探測(cè)到更多具有類似特征的暫現(xiàn)源并揭示其物理性質(zhì)，可能意味著銀河系內(nèi)存在一類具有超強(qiáng)磁場(chǎng)的長(zhǎng)周期星體?！睆埾枵f(shuō)。

目前，該團(tuán)隊(duì)正在開展系統(tǒng)性搜尋，以期發(fā)現(xiàn)更多這種類型的星體，并建立一個(gè)大樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，從而填補(bǔ)磁星研究空白。

助力全球SKA科學(xué)家

“該研究的難點(diǎn)是數(shù)據(jù)量特別大，數(shù)據(jù)處理過(guò)程中多個(gè)超算設(shè)備參與了計(jì)算?！睆埾枵f(shuō)，“該暫現(xiàn)源的發(fā)現(xiàn)得益于高靈敏度的SKA低頻先導(dǎo)射電望遠(yuǎn)鏡，以及根據(jù)SKA數(shù)據(jù)特點(diǎn)定制的SKA計(jì)算集群?！?/p>

由于項(xiàng)目的原始數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)據(jù)處理過(guò)程復(fù)雜，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量超過(guò)1000萬(wàn)個(gè)圖像文件，數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)計(jì)算集群的訪存輸入輸出帶寬、數(shù)據(jù)帶寬、高并發(fā)任務(wù)和高并行化處理都有極高要求。

張翔介紹說(shuō)，基于SKA偏振數(shù)據(jù)處理的特點(diǎn)和極高要求，上海天文臺(tái)作為MWA的正式成員，利用其自主研發(fā)的中國(guó)SKA區(qū)域中心原型機(jī)，在科技部、中國(guó)科學(xué)院以及SKA中國(guó)辦公室的支持下，聯(lián)合國(guó)際SKA科學(xué)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)SKA重點(diǎn)科學(xué)目標(biāo)開展了一系列科學(xué)研究。

研究中，中國(guó)SKA區(qū)域中心原型機(jī)承擔(dān)了該項(xiàng)目部分MWA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，參與了寬波段偏振數(shù)據(jù)處理，完成了部分偏振圖像分析，并與澳大利亞SKA區(qū)域中心的計(jì)算設(shè)備共同完成了其他數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

“未來(lái)我們將持續(xù)為SKA先導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡的大型巡天項(xiàng)目提供計(jì)算資源和技術(shù)支持，助力全球SKA科學(xué)家產(chǎn)生更多原創(chuàng)成果?！睆埾枵f(shuō)。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-021-04272-x

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2022-01-28 第1版 要聞)