《自然》杂志封面(中科院国家天文台供图)
1月6日凌晨,《自然》杂志以封面文章形式发表了"中国天眼"(FAST)的最新成果。
在该成果中,中国科学院国家天文台研究员李菂等领导的国际合作团队,通过FAST平台,采用原创的中性氢窄线自吸收方法,首次获得原恒星核包层中的高置信度的塞曼效应测量结果。研究发现,星际介质具有连贯性的磁场结构,异于标准模型预测,为解决恒星形成三大经典问题之一的"磁通量问题"提供了重要的观测证据。
记者了解到,这是FAST产出的系列重大成果之一。自2020年1月11日通过国家验收至今,FAST已运行近两周年,基于超高灵敏度的明显优势,它已成为中低频射电天文领域的观天利器。
又一重磅,挑战恒星磁场的标准模型
磁场在恒星、行星和生命的产生中发挥着重要作用,过程复杂。"磁通量问题"是恒星形成中经典三大难题之一,分子云的星际磁场强度测量是全球天文界的共性挑战。
恒星诞生于分子云中,分子云中的致密区域发生塌缩,最终形成恒星。恒星磁场的标准模型认为,在恒星形成的过程中,磁场和重力是相互抗衡的力量,在分子云密度高的地方,重力越大,磁场也越强。按照这一模型,一颗恒星的形成过程中,重力和磁场不断拉扯,以至于恒星的形成需要上千万年。
但是,要测量分子云的星际磁场强度并不是件容易的事。目前,可用于测量磁场强度的唯一手段就是"塞曼效应"。1896年,荷兰物理学家塞曼发现,把产生光谱的光源置于足够强的磁场中,磁场作用于发光体使光谱发生变化,一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线。根据光谱的变化,科学家就可以反推出磁场的强度。
但是,要探测分子云的塞曼效应却难度很大。"分子和磁场的作用普遍非常弱,塞曼效应也非常弱。"李菂说。
为了更好地测量出星际磁场,李菂团队另辟蹊径,原创出一种通过测量氢原子的谱线来测量星际磁场的方法——"中性氢窄线自吸收方法"。"原子对磁场的响应会比分子强,氢原子是宇宙中丰度最高的元素,广泛存在于宇宙的不同时期,也是不同尺度物质分布的最佳示踪物之一。"李菂说。
FAST为李菂等人提出的新方法创造了应用的机会。"FAST望远镜是探测暗弱中性氢源的利器。"李菂说。
通过FAST望远镜,他们测量了L1544 分子云包层的磁场强度,首次实现了原创的中性氢窄线自吸收方法塞曼效应的探测,也实现了利用原子辐射手段来探测分子云磁场的从0到1的突破。
研究人员发现,与标准模型的预测结果不同,星际介质从恒星外围的冷中性气体,到原恒星核,具有基本一致的、连贯性的磁场结构。"由此,我们将恒星形成的时间从上千万年减少到百万年。"李菂说。
这一研究成果引起了国际学者的关注。未参与此项研究的美国伊利诺伊大学教授理查德·克鲁切尔(Richard Crutcher)评价:"通过观测中性氢窄自吸收线的塞曼效应,FAST首次揭示了在恒星形成的早期阶段,磁压不足以阻止引力收缩,这与恒星形成的标准理论不一致。这一发现对于理解恒星形成的天体物理过程至关重要,并显示了 FAST 在解决重大天体物理问题方面的潜力。"
运行两年,FAST产出一系列大成果
从2020年1月11日通过国家验收至今,两年来,来自FAST的好消息频传。仅2021年,FAST就产出了不少重要成果。
2021年10月14日,《自然》杂志发表了FAST获得迄今最大快速射电暴爆发事件样本的成果。快速射电暴(FRB)是宇宙中最明亮射电爆发现象,由于起源未知,它成为天文学研究的热点。国家天文台科研人员领导的国际合作团队,利用FAST对快速射电暴.............
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