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(xué)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(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。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于1月27日的《自然》雜志上。

高頻射電天空因超新星爆發(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。以平方公里陣列（Square Kilometre Array, SKA）及其先導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡為代表的新一代射電望遠(yuǎn)鏡，正以比以往更深入、更廣泛的觀測能力，迎來射電暫現(xiàn)源研究的新時代。

上海天文臺的張翔助理研究員與Hurley-Walker博士等通過分析位于澳洲的SKA低頻先導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡默奇森寬場陣列（Murchison Widefield Array，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。這顆暫現(xiàn)源于2018年初出現(xiàn)，其爆發(fā)周期約為18分鐘左右，比已知的最長的脈沖星爆發(fā)周期長9倍，每次爆發(fā)持續(xù)30-60秒左右，也包括短時標(biāo)（<0.5秒）的爆發(fā)，而在更多情況下，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150 MHz波段南天最明亮的30個射電源之一。

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。偏振測量顯示出，此暫現(xiàn)源的線偏振度約為90%，超過了150 MHz波段中同一觀測模式下的所有已知脈沖星（由于觀測方法導(dǎo)致的平滑效應(yīng)，此模式下觀測到的脈沖星線偏振度不超過70%），表明該暫現(xiàn)源存在超強(qiáng)磁場。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。這顆致密暫現(xiàn)源一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即引起國際科學(xué)界對其性質(zhì)的廣泛熱議。該研究團(tuán)隊認(rèn)為，它更有可能是一顆磁星（Magnetar）或者是一個擁有超強(qiáng)磁場的白矮星。

這一發(fā)現(xiàn)為搜尋低頻暫現(xiàn)源打開了一扇新的窗口：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)搜尋。這一發(fā)現(xiàn)是在銀道面區(qū)域長周期暫現(xiàn)源的首次探測，如果能繼續(xù)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)，則意味著在銀河系內(nèi)存在一類具有超強(qiáng)磁場的長周期星體，有助于全面了解恒星的演化和死亡。該團(tuán)隊正在開展系統(tǒng)性的搜尋，以發(fā)現(xiàn)更多的這種類型的星體，并建立一個大樣本進(jìn)行統(tǒng)計研究，從而填補(bǔ)磁星研究的空白。

這一暫現(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。論文的第二作者、上海天文臺張翔承擔(dān)了這項工作中的偏振校準(zhǔn)和偏振數(shù)據(jù)分析，并制作了論文中的三幅關(guān)鍵圖像。由于該項目的原始數(shù)據(jù)量巨大，數(shù)據(jù)處理中間過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量更大（超過1000萬個圖像文件），數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理軟件對計算集群的訪存輸入輸出（IO）帶寬、數(shù)據(jù)IO帶寬、高并發(fā)任務(wù)和高并行化處理都有極高要求?；谏鲜鯯KA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，利用自主研發(fā)的中國SKA區(qū)域中心原型機(jī)，在國家科技部、中國科學(xué)院、SKA中國辦公室和上海市科委的支持下，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。在本項研究工作中，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)的存儲，參與了寬波段偏振數(shù)據(jù)的處理，完成了部分偏振圖像的分析，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)。

MWA發(fā)現(xiàn)長周期暫現(xiàn)源：

上方為暫現(xiàn)源圖像，下方為MWA天線示意圖。

圖像來源：澳大利亞國際射電天文研究中心（ICRAR）

【注】：

MWA是SKA低頻望遠(yuǎn)鏡的先導(dǎo)設(shè)備，位于澳大利亞西部的默奇森射電天文臺（MRO）。上海天文臺作為正式成員單位參加MWA的II期運行，優(yōu)先獲取相關(guān)數(shù)據(jù)及科學(xué)資源。中國參加MWA國際合作有助于培養(yǎng)我國科學(xué)數(shù)據(jù)處理和科學(xué)分析研究的人才隊伍，為將來SKA1科學(xué)目標(biāo)研究、SKA1大數(shù)據(jù)以及中國SKA區(qū)域中心做準(zhǔn)備。

作為SKA低頻望遠(yuǎn)鏡的先導(dǎo)項目，MWA將致力于宇宙再電離、河內(nèi)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(xué)研究。通過SKA先導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡的相關(guān)國際合作，上海天文臺為中國學(xué)者創(chuàng)造更廣闊的科學(xué)平臺，讓中國學(xué)者與全球科學(xué)家在各個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域展開豐富交流，為更廣泛、深入國際合作扎實根基、創(chuàng)造機(jī)遇，也助力中國學(xué)者快速接軌國際一流團(tuán)隊，借先進(jìn)科學(xué)裝置之力，集中外智慧，突破技術(shù)挑戰(zhàn)，共同推進(jìn)前沿科學(xué)研究，加速中國SKA科學(xué)團(tuán)隊的培養(yǎng)和中國SKA區(qū)域中心的建設(shè)。

中國SKA區(qū)域中心原型機(jī)自2019年11月建成至今已連續(xù)兩年獲得中國十大天文科技進(jìn)展，并被SKAO（平方公里陣列天文臺 Square Kilometre Array Observatory）國際組織認(rèn)可為“國際首臺SKA區(qū)域中心原型機(jī)”，未來將持續(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。中國SKA區(qū)域中心原型機(jī)的建設(shè)得到了國家重點研發(fā)計劃大科學(xué)裝置前沿研究專項（2018YFA0404603）和中國科學(xué)院國際合作局國際大科學(xué)計劃培育專項 （114231KYSB20170003）的支持。

來源：中國科學(xué)院上海天文臺