銀河系中首次發現超強磁場新天體，這一新發現爲搜尋低頻暫現源打開了一扇新的窗口。有助於科學家們全面瞭解恆星的演化和死亡。 銀河系中首次發現超強磁場新天體。
銀河系中首次發現超強磁場新天體1
深邃浩瀚的星空，充滿了太多科學奧祕，人類探索的腳步從未停歇。通過分析平方公里陣列（SKA）低頻先導望遠鏡的巡天觀測數據，中外天文學家首次在銀河系發現一顆具有超強磁場的新天體，距離太陽系約4200光年。
27日，國際權威期刊《自然》（Nature）雜誌在線發表了這項研究成果。
平方公里陣列（SKA）是由全球十多個國家合資建造、世界最大的綜合孔徑射電望遠鏡，因接收總面積約“1平方公里”而得名，於2021年7月正式啓動建設。在SKA建成前，有幾個先導望遠鏡已經在運行。其中，低頻先導望遠鏡“默奇森寬場陣列（Murchison Widefield Array，MWA）”位於澳大利亞。
中國科學院上海天文臺科研人員張翔與澳大利亞合作者、科廷大學國際射電天文研究中心（ICRAR-Curtin）的Hurley-Walker博士等中外科研人員，通過分析MWA的巡天觀測數據，意外地發現一顆位於銀河系內具有超強磁場的新天體—一個具有異常緩慢週期性輻射的射電暫現源。
據張翔介紹，這顆暫現源於2018年初出現，其爆發週期爲18分鐘左右，比已知最長的脈衝星爆發週期長9倍，每次爆發持續30-60秒，也包括短時標
這一發現是人類在銀河系銀道面區域，首次探測到的長週期暫現源，爲搜尋低頻暫現源打開了一扇新的窗口。“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，就意味着在銀河系內存在一類具有超強磁場的長週期星體，這將有助於人類全面瞭解恆星的演化和死亡。”張翔說。
這一超強磁場新天體的發現，得益於高靈敏度的SKA低頻先導望遠鏡，以及根據SKA數據特點定製的SKA計算集羣。張翔說：“這個項目的原始數據量巨大，數據處理中間過程產生的數據量更大，超過1000萬個圖像文件，處理過程極其複雜，對數據處理的要求極高。”
隨着這一超強磁場新天體的發現，以平方公里陣列（SKA）及其先導望遠鏡爲代表的新一代射電望遠鏡，正以更深入更廣泛的觀測能力，迎來射電暫現源研究的新時代。目前，中外研究團隊正利用“默奇森寬場陣列（MWA）”開展系統性的搜尋，以發現更多這種類型的星體，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。
銀河系中首次發現超強磁場新天體2
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先導望遠鏡的觀測數據，發現了一個具有異常緩慢週期性輻射的射電暫現源。研究團隊認爲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。相關研究成果在線發表於1月27日的《自然》雜誌上。
這一發現爲搜尋低頻暫現源打開了一扇新的窗口。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，則意味着在銀河系內存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，已成爲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）作爲一個國際大科學工程項目，是由全球多國合資建造和運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、高分辨率、寬頻率範圍等性能於一身，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年啓動建設，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，我國作爲創始成員國簽署《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，我國正式成爲SKA天文臺成員國。
這種大科學裝置項目，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，因爲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數據，而這些數據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數據。
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數據分析，並製作了論文中的三幅關鍵圖像。
她介紹道，由於該項目的原始數據量巨大，數據處理中間過程產生的數據量更大（超過1000萬個圖像文件），數據處理過程複雜，數據處理軟件對計算集羣的訪存輸入輸出（IO）帶寬、數據IO帶寬、高併發任務和高並行化處理都有極高要求。
基於上述SKA偏振數據處理的特點和極高要求，上海天文臺作爲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項目部分MWA數據的計算和存儲，參與了寬波段偏振數據的處理，完成了部分偏振圖像的分析，並與澳大利亞SKA區域中心的計算設備共同完成了其他數據處理任務。
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）認可爲“國際首臺SKA區域中心原型機”，未來將爲SKA先導望遠鏡的大型巡天項目提供計算資源和技術支持，幫助全球SKA科學家產生更多原創成果。
先導設備的作用
本次發現成果的，是SKA低頻望遠鏡的先導設備MWA （Murchison Widefield Array），位於澳大利亞西部的默奇森射電天文臺（MRO）。上海天文臺作爲正式成員單位參加MWA的II期運行，並獲取相關數據及科學資源。
作爲SKA低頻望遠鏡的先導項目，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，這些觀測的數據積累下來，科學家就能做進一步數據的挖掘。”張翔介紹說，正是通過研究這些數據，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，其爆發週期約爲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。“我們認爲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，以發現更多的這種類型的星體，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。
銀河系中首次發現超強磁場新天體3
近日，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（icrar-curtin）的hurley-walker博士等通過分析ska先導望遠鏡的觀測數據，發現了一個具有異常緩慢週期性輻射的射電暫現源。研究團隊認爲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。相關研究成果在線發表於1月27日的《自然》雜誌上。
高頻射電天空因超新星爆發、伽馬射線暴、黑洞吸積盤耀發等暫現天體而熠熠生輝，但低頻射電天空卻表現得異常安靜。然而，這種平靜正在被打破。以平方公里陣列（square kilometre array, ska）及其先導望遠鏡爲代表的新一代射電望遠鏡，正以比以往更深入、更廣泛的觀測能力，迎來射電暫現源研究的新時代。
上海天文臺的張翔助理研究員與hurley-walker博士等通過分析位於澳洲的ska低頻先導望遠鏡默奇森寬場陣列（murchison widefield array，mwa）的巡天觀測數據，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，其爆發週期約爲18分鐘左右，比已知的最長的脈衝星爆發週期長9倍，每次爆發持續30-60秒左右，也包括短時標（<0.5秒）的爆發，而在更多情況下，觀察到的是比較平滑的以小時爲單位演變的輪廓，在爆發期間，它是150 mhz波段南天最明亮的30個射電源之一。
科研團隊在隨後的光學、紅外、高能觀測中，均未發現它的對應體。對其射電脈衝的色散測量表明，這個暫現源位於銀河系內，與太陽系的距離約4200光年。偏振測量顯示出，此暫現源的線偏振度約爲90%，超過了150 mhz波段中同一觀測模式下的所有已知脈衝星（由於觀測方法導致的平滑效應，此模式下觀測到的脈衝星線偏振度不超過70%），表明該暫現源存在超強磁場。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，研究人員由此排除了它是一顆普通脈衝星的可能性。這顆緻密暫現源一經發現，即引起國際科學界對其性質的廣泛熱議。該研究團隊認爲，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。
這一發現爲搜尋低頻暫現源打開了一扇新的窗口：由於銀道面區域有複雜的射電輻射結構和較強的星際閃爍，在以往的大多數低頻射電巡天項目中，對暫現源的搜尋往往侷限於遠離銀道面的區域，沒有對週期爲幾分鐘到幾小時的暫現源進行過系統搜尋。這一發現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，則意味着在銀河系內存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。該團隊正在開展系統性的搜尋，以發現更多的這種類型的星體，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。
這一暫現源的發現得益於高靈敏度的ska低頻先導射電望遠鏡，以及根據ska數據特點定製的ska計算集羣。論文的第二作者、上海天文臺張翔承擔了這項工作中的偏振校準和偏振數據分析，並製作了論文中的三幅關鍵圖像。由於該項目的原始數據量巨大，數據處理中間過程產生的數據量更大（超過1000萬個圖像文件），數據處理過程複雜，數據處理軟件對計算集羣的訪存輸入輸出（io）帶寬、數據io帶寬、高併發任務和高並行化處理都有極高要求。基於上述ska偏振數據處理的特點和極高要求，上海天文臺作爲mwa的正式成員，利用自主研發的中國ska區域中心原型機，在國家科技部、中國科學院、ska中國辦公室和上海市科委的支持下，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。在本項研究工作中，中國ska區域中心原型機承擔了該項目部分mwa數據的存儲，參與了寬波段偏振數據的處理，完成了部分偏振圖像的分析，並與澳大利亞ska區域中心的計算設備共同完成了其他數據處理任務。
