解密宇宙神秘信号FRB 中国天眼有奇招

  最近,中国天眼FAST探测到了快速射电暴FRB121102大量重复爆发,其捕捉的爆发数量为目前全世界已知最多(点击阅读原文了解更多)。快速射电暴是目前已知宇宙中射电波段最明亮的爆发现象,那么FAST在快速射电暴的研究上有哪些优势呢?一起来看看吧~

  FAST对FRB的研究具有独特的重要意义

  快速射电暴起源于遥远的星系,是射电波段最亮的信号。据估计,每天抵达地球的爆发脉冲多达几千到上万次,而我们对于其物理机制只有猜测,远远没有定论。据FRBCAT统计,截止目前已经有近百个FRB的发现,其中10多个被认定为重复爆发的快速射电暴。FAST视场相对较小,在发现新的FRB上和大视场望远镜如CHIME比,不占优势。但是它的灵敏度极高,对FRB的研究具有重大意义。FAST是理想的重复暴观测设备, 可以得到全世界最好的爆发信噪比及爆发率统计数据。此外,FAST将有可能探测到宇宙中最遥远的FRB。几天以来,我们已经探测到数百次的重复爆发,是已知最多的。目前仍在数据处理中。

  FAST FRB 终端:Building telescope is a game of shrinking dream

  本次快速射电暴的爆发首先由 FAST快速射电暴实时探测终端(FAST FRB 终端) 实时捕捉并预警。望远镜终端设备的建设是一个打怪升级的过程。从想法、设计和仿真到样机,从样机到可以测试使用的设备,从可以自己使用操作到可以供全世界天文学家观测使用的常规设备。每一步,都不容易。

  Lorimer博士在处理大麦哲伦星云脉冲星巡天数据的时候,发现了第一个快速射电暴(图1)。其亮度惊人,在多个不同指向的波束中看到,相当比例的数据已经饱和。直到今天,人类也不确切知道其真实亮度。由于只有一次探测,很难确认其真实性和起源。在2007年发表于《科学》杂志之后,被称为“Lorimer Burst", 但是受到普遍怀疑,特别是澳大利亚天文台的微波炉也被发现有生成脉冲特征信号的能力。直到2013年Thornton等人认证了其他四个爆发,这种现象才被称作快速射电暴,开启了目前最为热门的一个天文子领域。

解密宇宙神秘信号FRB 中国天眼有奇招

  图1:由Duncan Lorimer发现的第一个快速射电暴FRB 010724 (Lorimer et al. 2007, Science, 318, 777L)

  快速射电暴领域兴起时,FAST早已设计完成,开工都已经两年多了。大型设备的升级总是复杂、系统的挑战。2015年,我们与国际射电望远镜终端合作开发平台CASPER的创始人伯克利Werthimer教授进行了详细的探讨,确定了拓展19波束终端,建设实时探测、触发原始数据存储的FRB终端的方案。2016年,受中国科学院天文大科学中心邀请,西弗吉尼亚大学Lorimer教授和伯克利大学Heiles教授到FAST工程现场合作,进一步讨论了终端建设、偏振调试等等技术方案。

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  图2:右起依次为Duncan Lorimer, Carl Heiles, 蔡肇伟,李菂。摄于2016年12月

  FAST FRB 终端建设团队需要电子工程等工程学背景的人才,而工程技术人才职业发展的选择非常多,天文领域的待遇并不高。为了吸引学生加入团队,段然博士用其导师Sandy Weinreb的亲身经历鼓励大家。Weinreb是电子工程的博士,发明了世界第一台digital auto-correlator, 在射电波段首次发现星际分子羟基(OH)。他的数字相关机技术,现在应用于全世界几乎所有的主要望远镜 。Weinreb博士在2008年获得射电天文大奖the Grote Reber Medal。

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  图3:射电天文第一个星际分子发现(左)及第一台数字相关机(Weinreb et al. 1963 Nature)

  “自古伟大的天文学家,不都是自己造望远镜的么?我们非常幸运,可以参与到FAST望远镜的建设里来,很多人一辈子都赶不上”。后端团队最爱说的一句话是“Building telescope is a game of shrinking dreams"。这是一支心怀梦想,坚韧不拔的小团队。

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