银河系磁场的研究论文

银河系中首次发现超强磁场新天体

银河系中首次发现超强磁场新天体，这一新发现为搜寻低频暂现源打开了一扇新的窗口。有助于科学家们全面了解恒星的演化和死亡。 银河系中首次发现超强磁场新天体。

深邃浩瀚的星空，充满了太多科学奥秘，人类探索的脚步从未停歇。通过分析平方公里阵列（SKA）低频先导望远镜的巡天观测数据，中外天文学家首次在银河系发现一颗具有超强磁场的新天体，距离太阳系约4200光年。

27日，国际权威期刊《自然》（Nature）杂志在线发表了这项研究成果。

平方公里阵列（SKA）是由全球十多个国家合资建造、世界最大的综合孔径射电望远镜，因接收总面积约“1平方公里”而得名，于2021年7月正式启动建设。在SKA建成前，有几个先导望远镜已经在运行。其中，低频先导望远镜“默奇森宽场阵列（Murchison Widefield Array，MWA）”位于澳大利亚。

中国科学院上海天文台科研人员张翔与澳大利亚合作者、科廷大学国际射电天文研究中心（ICRAR-Curtin）的Hurley-Walker博士等中外科研人员，通过分析MWA的巡天观测数据，意外地发现一颗位于银河系内具有超强磁场的新天体—一个具有异常缓慢周期性辐射的射电暂现源。

据张翔介绍，这颗暂现源于2018年初出现，其爆发周期为18分钟左右，比已知最长的脉冲星爆发周期长9倍，每次爆发持续30-60秒，也包括短时标

这一发现是人类在银河系银道面区域，首次探测到的长周期暂现源，为搜寻低频暂现源打开了一扇新的窗口。“如果能继续探测到更多具有类似特征的暂现源，并揭示其物理性质，就意味着在银河系内存在一类具有超强磁场的长周期星体，这将有助于人类全面了解恒星的演化和死亡。”张翔说。

这一超强磁场新天体的发现，得益于高灵敏度的SKA低频先导望远镜，以及根据SKA数据特点定制的SKA计算集群。张翔说：“这个项目的原始数据量巨大，数据处理中间过程产生的数据量更大，超过1000万个图像文件，处理过程极其复杂，对数据处理的要求极高。”

随着这一超强磁场新天体的发现，以平方公里阵列（SKA）及其先导望远镜为代表的新一代射电望远镜，正以更深入更广泛的观测能力，迎来射电暂现源研究的新时代。目前，中外研究团队正利用“默奇森宽场阵列（MWA）”开展系统性的搜寻，以发现更多这种类型的星体，并建立一个大样本进行统计研究，从而填补磁星研究的空白。

银河系还存在多少新天体？科研人员又有了新发现。

近日，中科院上海天文台张翔助理研究员与她的澳洲合作者、来自科廷大学国际射电天文研究中心的Hurley-Walker博士等通过分析SKA先导望远镜的观测数据，发现了一个具有异常缓慢周期性辐射的射电暂现源。研究团队认为该射电暂现源可能是一个超长周期的磁星或拥有超强磁场的白矮星。相关研究成果在线发表于1月27日的《自然》杂志上。

这一发现为搜寻低频暂现源打开了一扇新的窗口。张翔解释，由于这是在银道面区域长周期暂现源的首次探测，如果能继续探测到更多具有类似特征的暂现源并揭示其物理性质，则意味着在银河系内存在一类具有超强磁场的长周期星体，有助于全面了解恒星的演化和死亡。

SKA将这样探索世界

国际大科学计划和大科学工程，已成为世界科技创新领域重要的全球公共产品和提升本国创新能力的重要合作平台。

平方公里阵列（Square Kilometre Array, SKA）作为一个国际大科学工程项目，是由全球多国合资建造和运行的世界最大规模综合孔径射电望远镜，集大视场、高灵敏度、高分辨率、宽频率范围等性能于一身，因接收总面积约“1平方公里”而得名。台址位于南非及南部非洲8国、澳大利亚的无线电宁静区域，已于2021年启动建设，这也是人类有史以来建造的最大射电望远镜，建成后将比目前最大的射电望远镜阵列JVLA的灵敏度提高约50倍，巡天速度提高约一万倍。

2019年，我国作为创始成员国签署《成立平方公里阵列天文台公约》，根据公约，自去年6月26日起，我国正式成为SKA天文台成员国。

这种大科学装置项目，对帮助科学家发现成果至关重要。

中科院院士、中国SKA首席科学家武向平曾介绍，SKA是下一代最先进的射电望远镜，科学研究目标包括宇宙中第一代发光天体如何形成、脉冲星搜寻和引力理论检验、星系形成与演化、暗能量性质、宇宙磁场、引力本质、生命分子与地外文明等，其中任何一个问题的突破，都将是自然科学的重大变革。

“和古时候的天文学家通常在晚上探测不同，有了这些望远镜，我们现在基本也不用值夜班了。”张翔告诉第一财经记者，因为望远镜基本上都是靠电脑操作的，望远镜在夜间也在不断地拍各种照片积累数据，而这些数据会传输到附近的超算中心，经过第一波的处理后，会再通过类似海底光缆传送到世界各地的其他中心，便于当地科学家们处理这些数据。

金叶子/摄

本次成果中，论文的第二作者、上海天文台张翔主要承担的是这项工作中的偏振校准和偏振数据分析，并制作了论文中的三幅关键图像。

她介绍道，由于该项目的原始数据量巨大，数据处理中间过程产生的数据量更大（超过1000万个图像文件），数据处理过程复杂，数据处理软件对计算集群的访存输入输出（IO）带宽、数据IO带宽、高并发任务和高并行化处理都有极高要求。

基于上述SKA偏振数据处理的特点和极高要求，上海天文台作为MWA的正式成员，利用自主研发的中国SKA区域中心原型机，联合国际SKA科学团队针对SKA重点科学目标开展了一系列科学研究。

值得注意的是，在本项研究工作中，中国SKA区域中心原型机承担了该项目部分MWA数据的计算和存储，参与了宽波段偏振数据的处理，完成了部分偏振图像的分析，并与澳大利亚SKA区域中心的计算设备共同完成了其他数据处理任务。

中国SKA区域中心原型机 金叶子/摄

上海天文台研究员、中国SKA区域中心原型机负责人安涛介绍，中国SKA区域中心原型机自2019年11月建成至今已连续两年获得中国十大天文科技进展，并被SKAO（平方公里阵列天文台）认可为“国际首台SKA区域中心原型机”，未来将为SKA先导望远镜的大型巡天项目提供计算资源和技术支持，帮助全球SKA科学家产生更多原创成果。

先导设备的作用

本次发现成果的，是SKA低频望远镜的先导设备MWA （Murchison Widefield Array），位于澳大利亚西部的默奇森射电天文台（MRO）。上海天文台作为正式成员单位参加MWA的II期运行，并获取相关数据及科学资源。

作为SKA低频望远镜的先导项目，MWA将探索宇宙再电离、河内与河外星系巡天、时域天文物理、太阳与电离层等方向的科学研究

“MWA有巡天观测模式，这是一种扫描式的观测，这些观测的数据积累下来，科学家就能做进一步数据的挖掘。”张翔介绍说，正是通过研究这些数据，他们才发现了一个具有异常缓慢周期性辐射的致密暂现源。

这颗暂现源于2018年初出现，其爆发周期约为18分钟左右，比已知的最长的脉冲星爆发周期长9倍。该暂现源的'长周期和低频波段的高偏振度均无法用已知脉冲星的理论模型和观测特征来解释，由此排除了它是一颗普通脉冲星的可能性。“我们认为它更有可能是一颗磁星（Magnetar）或者是一个拥有超强磁场的白矮星。”

中国SKA区域中心原型机 金叶子/摄

“我们正在开展系统性的搜寻，以发现更多的这种类型的星体，并建立一个大样本进行统计研究，从而填补磁星研究的空白。”张翔说。

近日，上海天文台张翔助理研究员与她的澳洲合作者、来自科廷大学国际射电天文研究中心（icrar-curtin）的hurley-walker博士等通过分析ska先导望远镜的观测数据，发现了一个具有异常缓慢周期性辐射的射电暂现源。研究团队认为该射电暂现源可能是一个超长周期的磁星或拥有超强磁场的白矮星。相关研究成果在线发表于1月27日的《自然》杂志上。

高频射电天空因超新星爆发、伽马射线暴、黑洞吸积盘耀发等暂现天体而熠熠生辉，但低频射电天空却表现得异常安静。然而，这种平静正在被打破。以平方公里阵列（square kilometre array, ska）及其先导望远镜为代表的新一代射电望远镜，正以比以往更深入、更广泛的观测能力，迎来射电暂现源研究的新时代。

上海天文台的张翔助理研究员与hurley-walker博士等通过分析位于澳洲的ska低频先导望远镜默奇森宽场阵列（murchison widefield array，mwa）的巡天观测数据，发现了一个具有异常缓慢周期性辐射的致密暂现源。这颗暂现源于2018年初出现，其爆发周期约为18分钟左右，比已知的最长的脉冲星爆发周期长9倍，每次爆发持续30-60秒左右，也包括短时标（<秒）的爆发，而在更多情况下，观察到的是比较平滑的以小时为单位演变的轮廓，在爆发期间，它是150 mhz波段南天最明亮的30个射电源之一。

科研团队在随后的光学、红外、高能观测中，均未发现它的对应体。对其射电脉冲的色散测量表明，这个暂现源位于银河系内，与太阳系的距离约4200光年。偏振测量显示出，此暂现源的线偏振度约为90%，超过了150 mhz波段中同一观测模式下的所有已知脉冲星（由于观测方法导致的平滑效应，此模式下观测到的脉冲星线偏振度不超过70%），表明该暂现源存在超强磁场。该暂现源的长周期和低频波段的高偏振度均无法用已知脉冲星的理论模型和观测特征来解释，研究人员由此排除了它是一颗普通脉冲星的可能性。这颗致密暂现源一经发现，即引起国际科学界对其性质的广泛热议。该研究团队认为，它更有可能是一颗磁星（magnetar）或者是一个拥有超强磁场的白矮星。

这一发现为搜寻低频暂现源打开了一扇新的窗口：由于银道面区域有复杂的射电辐射结构和较强的星际闪烁，在以往的大多数低频射电巡天项目中，对暂现源的搜寻往往局限于远离银道面的区域，没有对周期为几分钟到几小时的暂现源进行过系统搜寻。这一发现是在银道面区域长周期暂现源的首次探测，如果能继续探测到更多具有类似特征的暂现源并揭示其物理性质，则意味着在银河系内存在一类具有超强磁场的长周期星体，有助于全面了解恒星的演化和死亡。该团队正在开展系统性的搜寻，以发现更多的这种类型的星体，并建立一个大样本进行统计研究，从而填补磁星研究的空白。

这一暂现源的发现得益于高灵敏度的ska低频先导射电望远镜，以及根据ska数据特点定制的ska计算集群。论文的第二作者、上海天文台张翔承担了这项工作中的偏振校准和偏振数据分析，并制作了论文中的三幅关键图像。由于该项目的原始数据量巨大，数据处理中间过程产生的数据量更大（超过1000万个图像文件），数据处理过程复杂，数据处理软件对计算集群的访存输入输出（io）带宽、数据io带宽、高并发任务和高并行化处理都有极高要求。基于上述ska偏振数据处理的特点和极高要求，上海天文台作为mwa的正式成员，利用自主研发的中国ska区域中心原型机，在国家科技部、中国科学院、ska中国办公室和上海市科委的支持下，联合国际ska科学团队针对ska重点科学目标开展了一系列科学研究。在本项研究工作中，中国ska区域中心原型机承担了该项目部分mwa数据的存储，参与了宽波段偏振数据的处理，完成了部分偏振图像的分析，并与澳大利亚ska区域中心的计算设备共同完成了其他数据处理任务。