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  • 1 # 南風微涼一夢花開

    2017年10月10日),中國科學院國家天文臺釋出訊息,宣佈科學家們使用位於貴州的FAST望遠鏡找到了2顆新的脈衝星。

    釋出會上提到,其實已經發現6顆,不過由於釋出會是幾周前開始準備的,所以只發布了2顆。

    這是華人第一次使用自己的望遠鏡找到新的脈衝星。雖然,人們早就知道FAST這麼大的望遠鏡肯定能夠找到不少脈衝星,但第一次找到,還是令很多人感到興奮的。脈衝星是特殊的中子星,因為其輻射束會週期性快速掃過地球,使地球人看到一個個週期脈衝而得名。脈衝星可謂宇宙中最為神奇的天體之一。

    人們是大概知道脈衝星在銀河系裡面的分佈的,即:主要分佈在銀盤和球狀星團中。FAST在進行“漂移掃描”的時候,是會“掃”過銀盤的(也可以掃過球狀星團。只是球狀星團尺度很小,我們掃過它的機率比較小)。我們對相應的資料進行分析,就會更有希望找出新的脈衝星。

    在漂移掃描過程中,我們需要記錄能夠用來進行脈衝星搜尋的資料。這需要滿足兩個要求:一、足夠高的時間解析度;

    二、一定的頻率解析度。

    一般地講,我們會週期性地看到脈衝星發出的脈衝訊號。相鄰兩個脈衝訊號之間的時間差(所謂的脈衝週期),在1.4毫秒到23秒之間不等。而脈衝訊號的寬度,通常只有這個時間差的十分之一。只有資料的時間解析度足夠小,我們才能探測到隨時間快速變化的脈衝星訊號。

    我們知道,電磁波有不同的頻率。最直觀的感受,就是自然光能夠被分為彩虹色,不同顏色就是不同頻率的電磁波。在記錄用作脈衝星搜尋的資料時,因為後續資料處理的需要,我們要將不同頻率的電磁波分成多份記錄,也就是要記錄光譜資料(一般叫做頻譜)。如果分的份數多,那頻率解析度就高,能更好地探測不同頻率訊號的變化。脈衝星資料要求劃分一定的份數,但不用太多,夠用就好,這裡對選取標準就不細講了。

    所以,最後我們得到的會是什麼樣的資料呢?就是一條條連續的頻譜,且相鄰兩條頻譜的間隔時間很短,一般只有幾百或者幾十個微秒。

    消色散

    有了觀測資料,我們就可以來找脈衝星了。脈衝星一般是很暗弱的,為此我們需要將觀測到的不同頻率電磁波疊加起來得到總功率訊號,才能更好地去搜尋脈衝星的脈衝。在疊加不同頻率電磁波之前,我們要做的是對資料進行“消色散”。

    脈衝星發出的脈衝在到達地球之前,會受到銀河系空間中的星際介質影響,發生“色散”。色散效應會導致脈衝星高頻的電磁波比低頻的電磁波先到達地球。

    找週期

    上面我們展示的圖中,消色散之後就可以看到一個個脈衝訊號。

    然而,大多數脈衝星都太弱了,我們是沒法直接得到單脈衝訊號的。如果我們能夠知道脈衝星的脈衝都發生在哪些時間點,把對應資料找出來併疊加到一起,那就有可能看到闇弱脈衝星的訊號了!

    單脈衝

    有少數的脈衝星,他們的輻射因為某種原因斷斷續續的,導致我們看到的脈衝訊號顯得沒有規律。這種時候,如果我們拿找週期的方法去找,往往是找不到的。這類脈衝星,我們只能在消色散過後的資料中,找信噪比大的訊號。此前火過一陣的快速射電暴,就是透過消色散後找單脈衝找到的。

    中國天眼找到最神奇天體脈衝星,是技術活,也是體力活

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