银河系磁场的研究论文题目

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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。

天文学家通过长期观测发现，在宇宙中有一些引力非常大却又看不到任何天体的区域，这种奇异天文现象的主要特征是：1、这个区域有很强的磁场和引力，不断吞噬大量的星际物质，一些物质在它周围运行轨迹会发生变化形成圆形的气体尘埃环；2、它有很大的能量，可以发出极强的各类射线辐射；3、由于它极大的引力作用，光线在它附近也会发生弯曲变化。的确，通过观测到的大量间接征兆可以证实它的存在，却无论如何没能直接看到它。于是一些天文学家想象的认为它是一种恒星塌缩后，质量、密度很大的暗天体，美国物理学家惠勒给它取了一个有趣的名字“黑洞”。

在进入宇航时代的今天，世界各国已拥有各种先进的天文观测设备，如大口径配有极灵敏接受器的光学望远镜，大型射电天文望远镜，突破了地球大气层包围的哈勃空间望远镜等。天文观测已触及到距地球100亿光年以外的遥远天体，从河外星系到宇宙尘埃都可以一览无余，甚至像几万公里外一支小蜡烛那么微弱的光也能观测到，而唯独对“黑洞”却无能为力，确有些不合逻辑。如果它真是一种质量、密度很大，磁场、引力极强的“天体”，为什么至今看不到它的庐山真面目呢？ 原因很简单，“黑洞”并不是一种实体星球，而是宇宙天体运动时产生的各种“磁场旋涡”现象，它的能量、射线辐射主要都是由磁场力作用产生的，因为它的构成物质密度非常稀薄，光线发射极其微弱，所以根本无法在远距离用光学仪器观察到它的形状，按其形态和性质说来它倒真是一个名副其实的“黑暗磁场旋涡洞”。

设想如果“黑洞”是一种物质构成密度非常大的“天体”，那么，在“黑洞”与物质密度相对极小的宇宙空间两者应该是有分界面的。根据光的反射、折射原理，当光投在两种物质的分界面时会有反射和折射现象的，这一点已经从宇宙中所有不发光天体都能够反光得到证实，无一例外。所以，从“黑洞”不能反射光线这一点说明“黑洞”虽然有很强的吸引力，但是它的物质构成密度非常稀薄，还不足以达到反射光线的程度（并不是光线由于被它吸引无法脱离而不能反射）。当光线与它相遇时，只能是穿它而过了，没有明显的光反射和折射现象。因此也就无法通过光学观测直接看到它的形状，而只能用其它天文观测方式，通过“黑洞”急速旋转运动中产生的极强各类射线辐射来证实它的存在。科学家通过哈勃望远镜上的高速光度计在1992年对天鹅座X-1的一批观察数据进行分析时，发现了两个迅速衰减并很快消失的紫外线脉冲阵列。这种现象与理论预言的物质落进黑洞视界时释放辐射的特征正相符合。至于光线在“黑洞”附近会发生弯曲的现象，是因为光波本身就是一种频率很高的电磁波，光现象本质就是一种电磁现象，所以，光线在“黑洞”附近由于受其磁场引力作用而发生弯曲现象是很自然的。

宇宙中一切天体都不是孤立存在的、所有物质之间都有千丝万缕的相互内在联系。“黑洞”现象的产生也不是偶然的，而是在自然规律内物质循环演变过程中一个重要的环节。整个自然界是由不断运动着的物质所组成，绝对静止的物质是不存在的，物质运动必然会产生磁场，天体和磁场是不可分割的整体，只要天体存在，它周围就一定有磁场存在。各类物质结构由于运动方向的不同，运动速度的差异，会产生无数大小不一、强弱不同的磁场旋涡，这种磁场旋涡就是神秘的“黑洞”。大的物质结构产生大的磁场旋涡，如星系中心的“黑洞”（银河系中心）；小的物质结构产生小的磁场旋涡，如恒星之间的“黑洞”（天鹅座X-1）。

自然界决定物质能量大小有两个重要因素：一是物质的质量；二是物质的运动速度。由于磁场具有力和能的特征，所以“黑洞”虽然构成物质密度很小，但因为它有极快的旋转运动速度，当组成它的物质凝聚向一个方向作有序运动时，便产生很大的能量和极强的引力。宇宙中一些分散的呈气态的氢、氧类物质和呈固态的硅、铁类尘埃物质，受“黑洞”吸引力作用，在“黑洞”附近运动方向发生变化，向其中心高速旋进，会形成围绕“黑洞”中心运动的圆形气体尘埃环。“黑洞”虽然不能直观地看到，但可以通过它向外发出的各类射线辐射现象提示它的形态。国外有报道，哈勃望远镜已拍摄到“黑洞”周围边缘呈翘曲状的尘埃圆盘，这就更形象的证实了“黑洞”的旋涡性质和真实形态以及旋涡多呈漏斗状的特点。

其实宇宙中这些各类“黑洞”的运动形态和形成原理就像我们用肉眼可以观察到的许多自然涡流现象一样。如地球上大气运动产生的热带气旋--“台风”，在“台风”外围是急速旋转的气流形成的急风暴雨区域，能量非常大，而在空气涡流中心区域--“台风眼”，由于空气稀薄，压力相对较小，对周围产生很大吸引力，因此气流不易进入，反而是风平浪静的区域，从卫星图上可以清晰地看到“台风”的圆形旋涡状云团。还有江河湖海中的水涡流也是圆形旋涡状的，水涡流同样有很大的能量和吸引力，当物体接近时会被吸引进漩涡之中。“黑洞”就像“台风”、“水流漩涡”这些可以直观的涡流现象，是宇宙中物质运动的产物。它的巨大能量和引力主要来自物质急速运动产生的磁场。“黑洞”中心是外界物质不易进入、有形物质极少的区域，所以，在“黑洞”的中心都是空白区域。因为它对周围物质的吸引力在各方向基本是均匀的，一般“黑洞”周围物质运行的轨迹都是圆形旋涡状的。由于“黑洞”物质分布密度的不同，周围还会伸出一些旋臂（如可见的星系旋臂），造成同方向辐射强弱程度不同的射线脉冲现象（即脉冲星）。

在“黑洞”引力吸积过程中，物质的数量和密度不断增加，磁场旋涡范围会相应增大，能量和引力明显加强，又会吸引更多的物质，如此像滚雪球一样不断发展。当“黑洞”周围物质达到相当体积和密度时，对光的反射、折射作用逐步增强，到了一定程度便发展成为可以通过光学望远镜直接观察到的有形天体--“星云”，正是从恒星级“黑洞”中孕育出新生的天体“星云”。这种初期的有形天体多呈环状（环状星云），它的构成物质相对仍很稀薄，所以，形状非常模糊。随着“星云”体积不断膨胀，便开始了几十亿年以上向“恒星”发展的演变进程。

宇宙中所有天体的存在形式和演变过程都是由自然规律所决定的，“黑洞”也不例外。一但我们通过表面现象揭示出它的本质和与自然规律的内在联系，包括“黑洞”在内的各种奇异天象便不难解释了。