中國天眼獲得銀河系氣體高畫質影象

近日，科研團隊利用中國天眼FAST揭示了銀河系星際介質前所未見的高畫質細節。他們在搜尋銀河系內脈衝星的過程中，同步記錄了星際介質的譜線資料，揭示出銀河系中性氫氣體的精緻結構和電離氣體的瀰漫特徵。

研究結果對理解銀河系內的星際生態迴圈有重要意義。系列論文於2022年12月10日作為特別專題發表在我國綜合國際期刊《中國科學：物理學 力學 天文學》上。

FAST揭示的銀河星際氫原子氣體分佈圖。國家天文臺供圖

同步記錄星際氣體輻射譜線資料

璀璨群星聚集夜空，形成了一條橫亙蒼穹的銀河。作為人類在浩瀚宇宙中的家園，銀河系的結構和組成依然有很多謎團。銀河內千億恆星之間的廣袤星際空間並非虛無，而是充滿了稀薄的星際介質。其中瀰漫分佈的氫原子氣體輻射出頻率為1420MHz的譜線；稠密氫原子匯聚冷卻，形成氫分子云團，在高密度雲團核心中孕育出新一代恆星；新生的明亮恆星能電離周圍氣體。

恆星由生到死、不斷演化，其中一些最終爆炸成為超新星，產生超新星遺蹟和脈衝星。爆炸激波能壓縮星際空間的氣體，將電子加速到接近光速。這些高速電子在星際磁場中運動，輻射微弱的無線電波。銀河系星際介質隱藏了恆星生生死死的奧秘，一直是天文學家不斷探索的目標。

中國天眼FAST是目前世界上靈敏度最高的單口徑射電望遠鏡，因為配備了高靈敏度的L波段19波束製冷接收機，使它成為發現脈衝星、研究銀河系星際介質的利器。韓金林研究團隊於2019年巧妙設計並啟動了銀道面脈衝星快照（GPPS）巡天，至今不到三年時間已發現500多顆脈衝星，亮度比之前發現的脈衝星闇弱一個量級。

他們在搜尋脈衝星的同時，記錄了星際氣體輻射的譜線資料，兼具高靈敏度、高頻譜解析度、高空間解析度的特徵，是研究銀河系結構和星際生態迴圈極其寶貴的資源。該團隊最近完成了第一批GPPS巡天譜線資料的處理，釋出了銀河系星際空間原子氣體、電離氣體、磁場以及無線電輻射的最新研究結果。

確認出兩個超新星爆炸遺蹟

在第一次資料釋放中，FAST探測了銀經33°至55°，銀緯±2°之間共88平方度天區的中性氫原子氣體的天空分佈圖。雖然精細校準還在進行之中，初步結果已經是國際上迄今為止靈敏度最高的氫原子氣體探測，展示了氫原子氣體分佈前所未有的細節特徵，甚至探測到距離銀河系中心6萬光年之外、其他望遠鏡都看不清的小小云團，為銀河系的氣體動力學研究和旋臂結構等前沿課題提供了高質量觀測資料集。

星際空間電離氣體是銀河系中最後一個尚未深究的主要組分。該團隊還處理了GPPS巡天同步記錄譜線資料中的氫原子複合線，得到了與氫原子同一天區銀河系星際空間的電離氣體的分佈，揭示了由明亮恆星電離的高亮度區域和未知來源的瀰漫氣體，結構相當豐富，為銀河系內氣體的生態迴圈和恆星形成研究提供了不可或缺的難得資料集。

銀河系星際介質中，磁場瀰漫於整個星系，極難測量和研究。該團隊依靠FAST的靈敏度優勢，新測量了134顆銀暈闇弱脈衝星的偏振和法拉第效應，研究出銀暈磁場強度約為2微高斯。

團隊還確認了兩個大的闇弱無線電輻射結構是超新星爆炸產生的殼層遺蹟，其中一個距離太陽很近，僅有約1400光年。目前為止，人類已知的超新星遺蹟僅有300多個。

韓金林研究員說：“FAST作為世界頂級的大射電望遠鏡，觀測時間極其寶貴。我們對銀河系逐點巡測、搜尋脈衝星過程中，順帶收集了資料，得到了銀河系氣體的高畫質影象，沒有額外使用寶貴的望遠鏡時間”。

目前，他領銜的科研團隊仍在努力巡測FAST可見的銀河區域，目標是最終完成銀河2900平方度區域巡測，未來結果可期。這個年輕團隊平均年齡33歲，是國家天文臺授旗的“王綬琯巡天突擊隊”，他們矢志發揚已故天文學家王綬琯院士勇於探索的科學精神，持觀天利器、出重大成果，將高質量論文發表在祖國的刊物上。

新京報記者 張璐

編輯 劉茜賢 校對 劉軍