記者 張雙虎 黃辛

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

暫現(xiàn)源是指天空中出現(xiàn)時間較短的物體。張翔舉例說，流星是暫現(xiàn)源，但大多數(shù)星星不是?！伴L周期暫現(xiàn)源”是指該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)這顆源反復(fù)出現(xiàn)，且間隔時間較長。

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

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。

“在射電天文觀測中，低頻射電天空一般指觀測波段在1GHz以下的空間?！睆埾枵f，“我們這項研究在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)、更深入的觀測能力，迎來射電暫現(xiàn)源研究的新時代?！?/p>

2018年初，張翔與Hurley-Walker等通過分析位于澳大利亞的SKA低頻先導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡默奇森寬場陣列（MWA）的巡天觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一個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，比已知最長的脈沖星爆發(fā)周期長9倍，每次爆發(fā)持續(xù)30秒至60秒，也包括短時標(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個射電源之一。

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

發(fā)現(xiàn)新的“窗口”

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

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

該暫現(xiàn)源的長周期和低頻波段的高偏振度均無法用已知脈沖星的理論模型和觀測特征來解釋，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)，即引起國際天文學(xué)界對其性質(zhì)的熱議。該研究團(tuán)隊認(rèn)為，它更有可能是一顆磁星或一個擁有超強(qiáng)磁場的白矮星。

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)低頻射電巡天項目中，對暫現(xiàn)源的搜尋往往局限于遠(yuǎn)離銀道面的區(qū)域，沒有對周期為幾分鐘到幾小時的暫現(xiàn)源進(jìn)行過系統(tǒng)性搜尋。

“該發(fā)現(xiàn)是首次在銀道面區(qū)域探測到長周期暫現(xiàn)源，后續(xù)如果能探測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)磁場的長周期星體?！睆埾枵f。

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

助力全球SKA科學(xué)家

“該研究的難點是數(shù)據(jù)量特別大，數(shù)據(jù)處理過程中多個超算設(shè)備參與了計算?！睆埾枵f，“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)特點定制的SKA計算集群?！?/p>

由于項目的原始數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量超過1000萬個圖像文件，數(shù)據(jù)處理軟件對計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，基于SKA偏振數(shù)據(jù)處理的特點和極高要求，上海天文臺作為MWA的正式成員，利用其自主研發(fā)的中國SKA區(qū)域中心原型機(jī)，在科技部、中國科學(xué)院以及SKA中國辦公室的支持下，聯(lián)合國際SKA科學(xué)團(tuán)隊，針對SKA重點科學(xué)目標(biāo)開展了一系列科學(xué)研究。

研究中，中國SKA區(qū)域中心原型機(jī)承擔(dān)了該項目部分MWA數(shù)據(jù)存儲，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)域中心的計算設(shè)備共同完成了其他數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

“未來我們將持續(xù)為SKA先導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡的大型巡天項目提供計算資源和技術(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。

相關(guān)論文信息：

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

《中國科學(xué)報》 (2022-01-28 第1版 要聞)