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国家天文台两项成果荣获2024年度中国科学院杰出科技成就奖
1月16日，2024年度中国科学院杰出科技成就奖颁奖仪式在京举行。中国科学院院长、党组书记侯建国颁奖，副院长、党组副书记吴朝晖宣读表彰决定。这是《中国科学院杰出科技成就奖励条例》修订后的首次评审活动，2名个人和14项成果获奖。其中，国家天文台作为唯一完成单位的 “银河系早期形成与演化”和第二完成单位的“火星多时间尺度环境演变”两项成果获基础研究奖。“银河系早期形成与演化”研究团队聚焦银河系早期形成与演化前沿，基于LAMOST数据取得原创性科学突破。发现了第一代超大质量恒星演化形成“对不稳定超新星（PISN）”的化学印记，开辟了银河系大质量端初始质量函数研究的新方向；首次提出利用恒星轨道参数和化学标签发现矮星系遗迹新方法，在轨道空间和化学空间发现银河系吸积并合矮星系观测证据；发现富锂恒星主要是经历过氦闪的红团簇星，提出氮闪是普适的锂元素形成新机制，改写了锂元素形成与演化理论。研究成果揭示了银河系早期形成与演化中的关键物理过程，对银河系前沿研究产生了重要影响。“火星多时间尺度环境演变”研究团队聚焦火星环境演变重大前沿问题，在火星多尺度水活动研究领域实现突破。创新行星雷达弱信号提取与高精度成像等方法，首次发现火星浅表精细结构分层与横向变化，揭示长期水活动历史和长尺度环境变化；首次发现低纬沙丘表面液态水关键证据，揭示风沙活动与水活动交替的短尺度环境变化，开辟火星沙丘水活动研究新方向；自主研发火星车磁场探测仪，创新数据标定方法，实现首次火星表面磁场巡测，揭示磁场变化和弱磁场是长期水活动关键约束。成果刷新了对火星水活动的认知，取得火星古磁场与古环境演变原创性认识。相关链接：https://www.cas.cn/zt/hyzt/2024cjj/jc/202501/t20250114_5044896.shtmlhttps://www.cas.cn/zt/hyzt/2024cjj/jc/202501/t20250114_5044898.shtml
2025-01-17
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多波段观测揭示磁星快速射电暴可能起源
近日，国际天文学期刊《The Astrophysical Journal Supplement Series》发表由国家天文台领导的国际团队，通过FAST“快速射电暴（FRB）的搜寻和多波段观测”优先重大项目开展的研究工作。该工作针对银河系内磁星软伽马射线暴源SGR 1935+2154开展多波段观测，发现其X射线硬度比具有与射电辐射活跃性关联的双分支模式，并为磁星FRB及射电脉冲星辐射相转换提供了统一自洽的物理图像。该工作填补了理解磁星射电辐射和FRB连接性的关键一环，揭示磁星射电辐射与X射线辐射之间的内在相关性，可能存在与典型脉冲星射电辐射不同物理的机制。磁星是高度磁化的特殊中子星，磁星射电辐射与FRB辐射机制的关系是当前天文学研究的前沿热点方向。2020年4月，CHIME和STARE-2望远镜在SGR 1935+2154探测到银河系内快速射电暴FRB 200428，首次追踪到磁星与FRB之间的联系，为揭开FRB起源谜题奠定了基础。SGR 1935+2154是唯一探测到X射线脉冲辐射、FRB，继而出现相位稳定射电脉冲发射的磁星，刷新了人们对磁星辐射的认识。银河系磁星FRB到射电脉冲星相的转换特性也成为理解FRB辐射机制的切入点。研究团队仔细分析了FAST在2020年10-11月对SGR 1935+2154长期监测数据，结合NICER和SWIFT高时间分辨率X射线观测数据，发现X射线硬度比的双分支行为与射电辐射活动性密切相关，在射电脉冲相出现时间窗口内X射线流量、硬度比存在系统性增强。综合观测结果，研究团队提出“星震-FRB-磁扭结恢复-射电脉冲辐射”解释：磁星星震产生FRB触发条件并导致辐射区磁力线扭结，磁层磁力线在数月解扭过程中形成相干条件产生射电脉冲辐射的同时，电子沿磁力线回流磁星表面轰击形成热斑，导致X射线能谱同步硬化。这一物理图像为磁星FRB以及射电脉冲延迟出现提供了统一解释，并推测部分FRB重复暴与磁星射电辐射可能源于相似物理过程。这一工作是深入理解磁星辐射供能切换机制及FRB可能起源的重要进展。该成果由国家天文台领导完成，王培研究员为论文第一作者，国家天文台/清华大学李菂教授和中国科学技术大学李剑教授为论文共同通讯作者。合作研究单位包括美国内华达大学、西班牙空间科学研究所、中山大学、之江实验室、腾讯优图实验室等。文章链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ad7c3f 磁星软伽马射线暴源SGR J1935+2154多波段流量监测（左图），X射线硬度比具有射电辐射活跃性关联的双分支模式（右图）
2024-12-12
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中国天眼FAST发现脉冲星数量突破1000颗 贡献脉冲星领域多项重大成果
2024年11月26日，中国科学院国家天文台召开FAST脉冲星科学研讨会，来自国内多家科研院所、高等院校的脉冲星领域专家及青年学者出席会议。由国家发展改革委批复立项的国家重大科技基础设施中国天眼FAST自正式开放运行四年来，在脉冲星、快速射电暴、中性氢、纳赫兹引力波等领域取得了多项重要原创性成果，其中脉冲星领域中发现最短轨道脉冲星双星、捕捉纳赫兹引力波信号的初步证据等突破性进展，毋庸置疑为FAST追赶到领跑世界先进水平提供了强有力支撑。截至2024年11月，FAST发现脉冲星数量已突破1000颗，超过同一时期国际其它望远镜发现脉冲星数量的总和，其中包括大量的毫秒脉冲星和脉冲星双星，大大丰富了脉冲星的种类和数量，对于理解脉冲星的形成和演化具有重要意义。通过观测脉冲星，可检验广义相对论、探测低频引力波等，为脉冲星物理、测时等理论研究提供重要的数据支持。本次研讨会主要聚焦于FAST建成以来在脉冲星领域取得的重要科学成果，展望未来中国天眼在该领域的重要机遇和研究方向，如发现特殊的脉冲星双星系统以精确检验引力理论或限制脉冲星质量，进一步推进纳赫兹引力波探测等。FAST银道面脉冲星快照巡天国家天文台研究员韩金林带领的王绶琯巡天突击队2020年开始对银河的盘区进行脉冲星巡天，他们发展了新的FAST观测模式，高效利用FAST覆盖脉冲星比较聚集的天区，到目前为止已经发现750余颗脉冲星，超过FAST发现脉冲星总数的70%，其中包括110颗偶发脉冲星，170多颗毫秒脉冲星，150多个双星系统（包括轨道周期最短的脉冲星双星）。他们已经对一批致密轨道双星系统进行了相对论测量，通过测量夏皮罗延迟得到了双星的质量，实现了高精度的引力论检验。该团队新发现的暗弱脉冲星成为揭示银河系中暗弱脉冲星族群的关键数据；在银河星场中发现的毫秒脉冲星和脉冲星双星对理解目前尚无定论的双星演化途径提供了核心数据，并成为监测引力波的优良探针。漂移扫描多科学目标同时巡天漂移扫描利用地球自转和多波束像场旋转，是FAST实现超奈奎斯特采样大天区覆盖的有效模式。清华大学/国家天文台研究员李菂带领团队首创独特噪声注入技术，成功运行脉冲星搜索、中性氢成像、中性氢星系和快速射电暴多科学目标同时巡天观测模式（CRAFTS），系统性发现脉冲星208颗，其中包括毫秒脉冲星、蜘蛛脉冲星、FAST首个双中子星等原创性成果。毫秒脉冲星精密测时北京大学/国家天文台研究员李柯伽带领团队基于FAST对毫秒脉冲星开展精密测时研究并与中国脉冲星测时阵列合作团队合力在脉冲星噪声分析、偏振测量、星际介质研究和引力波探测方面取得重点进展。团队基于CPTA DR1.0的噪声分析，给出不同分析方法的自洽结果，并通过对56颗毫秒脉冲星偏振特性的普查，得出几乎所有毫秒脉冲星都应该具有全向辐射的特点，这一发现将改变未来毫秒脉冲星巡天的预期。脉冲星物理与演化研究新疆天文台研究员王娜带领团队利用FAST在脉冲星辐射物理、脉冲星形成与演化、星际介质领域取得重要进展。相关工作探究脉冲星辐射演化规律；探索毫秒脉冲星形成机制，测量蜘蛛脉冲星伴星磁场，利用脉冲星星际闪烁效应揭示星际介质的微观结构研究，实现年轻脉冲星首次三维度速度测量，发现脉冲星自转与速度共线的证据，为脉冲星诞生机制提出严格限制。球状星团脉冲星巡天球状星团被认为是具有百亿年演化年龄的小质量恒星集群，其中的脉冲星多是特殊类型脉冲星，包括毫秒脉冲星、脉冲双星、蜘蛛类脉冲星、双中子星等。国家天文台副研究员潘之辰负责的FAST球状星团脉冲星巡天，自2017年10月起已发现近60颗脉冲星，将FAST天区内球状星团脉冲星数量增加约两倍，这些研究工作涵盖轨道周期最短的脉冲星双星系统，球状星团脉冲星中自转最慢以及轨道周期最长等创纪录的奇特脉冲星。此外，贵州师范大学、新疆天文台、南京大学、北京师范大学、齐鲁师范学院等科研团队也利用FAST在脉冲星发现方面作出了积极贡献。与会专家充分肯定了FAST取得的重要成果。未来，FAST将探索通过在望远镜周围增加辅助天线的方式来提升望远镜的灵敏度及空间分辨能力，实现射电暂现源定位和综合孔径成像的跨越式能力提升，并可以显著增加原来FAST的覆盖天区。灵敏度及覆盖天区的提升将有利于进一步扩大脉冲星样本，进而提高发现罕见天体的概率，例如特殊脉冲星及脉冲星—黑洞双星系统，全面革新我们对中子星演化的认识，揭示不同类型和状态脉冲星的物理特性，开启强引力场中检验广义相对论的新纪元。
2024-11-26
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“天关”卫星发布首批科学成果
10月31日，在中国科学院国家空间科学中心举行的爱因斯坦探针卫星（“天关”卫星）在轨交付仪式暨成果发布会上，“天关”卫星展示了其在空间科学领域取得的重要突破。自2024年1月9日成功发射以来，“天关”卫星以其卓越的X射线探测能力，探测到多种类型的暂现天体，并捕捉到几例可能的新类型暂现源，成功获取了由中国自主研制设备观测到的首张全天X射线天图，标志着X射线时域天文领域进入了新的时代。“天关”卫星是中国科学院空间科学先导专项（二期）立项实施的空间科学卫星系列任务之一，卫星上配备宽视场X射线望远镜（WXT）和后随X射线望远镜（FXT），在为期半年的在轨测试中表现出色，性能超出设计预期。与国际上现有的同领域设备相比，“天关”卫星的探测灵敏度和空间分辨率提高了一个数量级以上。在测试和运行的初期阶段，“天关”卫星已经探测到60例确定的暂现天体、上千例暂现天体候选体以及480多例恒星耀发，探测到上百例已知天体的爆发。“天关”卫星团队向国际天文界发送了100多条天文警报，引导了国际上地面和空间多波段设备的后随观测。“天关”卫星所探测到的X射线暂现天体种类丰富，涉及恒星、白矮星、中子星、各种质量类型的黑洞、伽马射线暴、超新星等，辐射持续时长覆盖了从几十秒到几个月，跨越了6个数量级。在银河系内，“天关”卫星发现了多个新的暂现源，其中一个可能是新的恒星级黑洞候选体或中子星，被命名为EP240904a。它还发现了位于双星系统中的多个新的中子星和白矮星，并监测到多个已知黑洞、中子星和白矮星双星系统的爆发。“天关”卫星的视野不仅限于银河系。在小麦哲伦云中，它探测到一个新的爆发源，研究表明其产生于一个非常罕见的白矮星与Be星组成的双星系统。在更远的宇宙中，卫星发现了一例正在发生的中等质量黑洞潮汐瓦解恒星事件EP240222a，实现了我国自主天文观测设备在该领域“零的突破”。“天关”探测到约40例来自宇宙深处的快速暂现天体。令人惊奇的是，只有少部分是最常见的快速暂现天体——伽马射线暴，而其余大部分则没有伽马射线辐射或相对偏弱，部分有可能来自其他新的暂现天体类型。“天关”卫星探路者LEIA（一个WXT鉴定件模块）捕捉到的LXT230307a，很可能来自罕见的双中子星并合所产生的大质量中子星的X射线辐射。“天关”探测到的最远天体是来自256亿光年之外的伽马射线暴EP240315a。这一发现表明了卫星探测来自遥远的早期宇宙伽玛暴的能力，也为进一步理解恒星塌缩产生黑洞及相对论性喷流的物理过程提供了新的视角。该项工作是由“天关”科学团队主导，联合国际上包括多个空间和地面多波段设备的庞大国际合作团队共同完成的。这不仅体现了“天关”在时域天文领域的引领作用，也彰显了其国际影响力。2024年4月8日，“天关”发现一例暂现天体EP240408a，并记录了其X射线的一次剧烈爆发。此次爆发的亮度增强了300倍，仅持续了12秒。随后，该X射线天体在大约10天后消失。此类中等时标的暂现源在以往的观测中很少出现。该天体的光谱和时变特征与目前已知的天体类型均不完全一致，表明它可能属于一种前所未知的暂现天体类别。这一发现对于拓展对宇宙暂现天体族群的认识以及理解极端物理过程具有重要科学价值。该成果于北京时间10月30日在《中国科学：物理学 力学 天文学》（SCIENCECHINA Physics, Mechanics & Astronomy）期刊在线发表，是“天关”团队首篇正式发表的科学论文。“天关”卫星首席科学家、中国科学院国家天文台研究员袁为民表示：“EP240408a的发现可能预示着一类全新的暂现源类型。其辐射集中在X射线且较为暗弱，持续时间只有10天左右，很难被其他X射线和其他波段的望远镜探测到。‘天关’卫星早期的这些发现表明，我们之前所认识的暂现天体可能只是‘冰山一角’。这些发现对于我们研究宇宙中的极端天体及其物理过程的多样性具有重要意义。我们将这一创新成果发表在中国的期刊上，也更加彰显了在人类探索宇宙征程中的中国贡献。”除暂现天体外，“天关”还观测了其他丰富的天体类型，包括太阳系内的月球、木星和土星，宁静状态下的恒星，银河系和近邻星系中的致密天体和超新星遗迹，遥远星系中的超大质量黑洞和相对论性喷流、星系团等。“天关”卫星项目由中国科学院主导，欧洲空间局（ESA）、马普地外物理研究所（MPE）和法国国家空间研究中心（CNES）参与研制。“天关”卫星于2024年1月9日发射升空，并于7月起开展常规科学运行。“天关”卫星简明释义：“天关”源于我国北宋至和元年（公元1054年）司天监观测并记录的“天关客星”超新星爆发（SN1054）。它作为人类历史上最重要的天文事件之一，被世界科技史界称为“中国新星”，其遗骸形成的蟹状星云是国际天文届广泛引用的《梅西耶星表》（1771）中的第一号天体（M1）。将爱因斯坦探针卫星命名为“天关”卫星，体现了中国在超新星爆发观测记录方面的深厚渊源和对世界天文学的卓越贡献。《中国科学：物理学 力学 天文学》封面图，暂现天体EP240408a的发现“天关”卫星获得的首个X射线全天天图（银道坐标系）“天关”卫星宽视场X射线望远镜探测到的6800多个X射线源在天球上的分布（银道坐标系）“天关”探测到的一例来自256亿光年之外的伽马射线暴EP240315a“天关”宽视场X射线望远镜在发现EP240408a的观测中获得的X射线图像“天关”首篇正式发表的科学论文报道发现的暂现天体EP240408a的X射线辐射强度随时间的变化曲线
2024-10-31
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发现盘古：揭秘极早期银盘的起源和演化
北京时间10月10日，国际科学期刊《自然·天文》在线发表了由中国科学院国家天文台和德国马普天文研究所等国内外单位联合完成的一项重要科研成果。研究团队基于国家重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）以及欧空局Gaia卫星数据，揭示了古银盘的空间结构演化，发现现存最古老的银盘结构成分起源于距今约135亿年前。该发现对深入理解星系和宇宙的早期起源和演化具有重要意义。像银河系这样同时具有盘和晕的漩涡星系是先形成盘还是晕？这是理解星系如何起源和早期宇宙环境的关键问题。暗能量和冷暗物质模型（ΛCDM）是近年来流行的星系和宇宙结构形成标准理论模型。该模型预言，宇宙早期环境动荡不安，星系之间存在频繁且剧烈的吞噬和合并现象，这可能使得早期星系盘难以存在和维持。观测上，过去发现的绝大部分河外盘星系的红移小于3（对应年龄小于110亿年）；而对于银河系，长期以来人们也普遍认为银晕是银河系最古老的结构，而银盘则晚于银晕，于大约100亿前（宇宙30多亿岁）形成。然而，近年来詹姆斯.韦布太空望远镜（JWST）令人惊奇地发现星系盘可以出现在更高的红移：即便是红移大于5的星系，盘结构仍相当普遍地存在。同样，对银河系恒星化学运动学数据的研究也表明，一些年老贫金属恒星具有与相对富金属的银盘恒星相似的轨道运动学性质，暗示银盘出现的时间可能更早。但是关于早期银盘存在的信息仅限于通过恒星化学运动学性质的猜测，由于缺乏古老恒星的统计大样本及精确年代学信息等原因，人们一直无法得知早期银河系的真实结构及其演化历史。在本项研究中，科研团队基于利用LAMOST和Gaia巡天数据获取的迄今最精确的恒星年龄大样本，结合统计建模详细重构出了银盘恒星的空间分布结构随年龄的演化，首次发现年龄为130-135亿年的极古老恒星其空间分布仍呈现出清晰的盘结构。这说明古银盘在宇宙刚诞生不久的数亿年内就已经开始形成，并且在后续130多亿年的星系演变过程中得以幸存下来。这比此前JWST观测到的盘结构更早，是目前已知最早的星系盘。这一极早期形成的古银盘成分被命名为“盘古”，类比于中国神话里开天辟地的人物。研究进一步得出盘古的恒星质量约为2×109（20亿）倍太阳质量，远大于早期银晕的恒星质量，表明盘古可能为极早期银河系的主导结构。此外，该研究还对理解早期银河系的结构演化具有重要启发意义。首先，研究发现在80-135亿年前的50多亿年间，古银盘的结构演化主要发生在垂直银盘面的方向，并解释这一演化效应可能由形成恒星的气体垂向冷却（upside-down）和恒星垂向加热（heating up）机制共同决定。同时，通过与星系流体数值模拟数据进行对比，研究进一步发现，实际的银盘比数值模拟中的银盘要更薄，表明银河系实际经历的早期演化环境比理论预期要更加宁静。国家天文台向茂盛研究员是该论文的第一作者和通讯作者。国家天文台刘继峰研究员和德国马普天文研究所的汉斯-沃特.瑞克斯（Hans-Walter Rix）教授为该论文的共同通讯作者。此研究还包括来自北京师范大学天文与天体物理前沿研究所、中国科学院大学、加拿大多伦多大学等多家机构的天文学家。本项研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金，以及腾讯新基石研究员项目的资助。论文地址：https://www.nature.com/articles/s41550-024-02382-w 极早期银河系想象图。（绘制：LAMOST运行和发展中心） 银河系老龄恒星的空间分布结构参数。横坐标为标长，纵坐标为标高。呈现出盘结构（标高小于标长）的恒星年龄高达130多亿年。
2024-10-10
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FAST核心阵科学和技术研讨会召开
北京时间2024年9月25日，正值中国天眼FAST落成启用八周年之际，FAST核心阵科学和技术研讨会在贵州省平塘县克度镇召开，来自国内科研机构、高校共28家单位的逾百位专家学者齐聚一堂，就FAST核心阵的科学和技术研究及FAST未来发展进行深入研讨与广泛交流，共同谋划FAST核心阵的科学规划和建设。作为中国乃至世界射电天文学领域的一个重要里程碑，500米口径球面射电望远镜（FAST），被誉为“中国天眼”，自2016年9月25日落成以来，已经取得了多项世界级的科学成果，对推动我国天文学实现重大原创突破做出了重要贡献。FAST作为世界最大的单口径射电望远镜，在灵敏度方面具有无可比拟的优势，但在分辨率和成像能力方面存在一定局限，在国际天文学相关领域持续抢占先机的能力还需要继续提升。为了进一步巩固FAST的国际领先地位，应对当前激烈的国际科技竞争态势，FAST团队创新性地提出了一种低成本、可快速实施的FAST核心阵方案，旨在大幅提高望远镜的分辨率、精确定位和精细成图能力，显著提升FAST的科学观测能力，以相对较小的成本代价，挖掘中低频领域的前瞻性科学成果，并力争取得新的重要突破。近年来，FAST团队前瞻布局开展了FAST核心阵试验样机的研制工作，为FAST核心阵的建设提供技术储备和试验验证，今天上午隆重举行了FAST核心阵首台试验样机的奠基仪式。FAST核心阵的建设，将进一步提升望远镜灵敏度优势和优良成图能力，聚焦极端致密天体的起源与演化等当前天文学最前沿的科学问题，有望在时域天文、宇宙的成分与演化和引力波暴等研究领域率先取得突破性成果，为人类探索宇宙奥秘提供更为强大而精准的观天利器。
2024-09-25
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