“中國天眼”獲得銀河系氣體高清圖像

　　近日，中國科學院國家天文臺研究員韓金林帶領的科研團隊，利用“中國天眼”500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），揭示了銀河系星際介質前所未見的高清細節。科研人員在搜尋銀河系內脈沖星的過程中，同步記錄了星際介質的譜線數據，揭示了銀河系中性氫氣體的精致結構和電離氣體的彌漫特征。研究還測量大量暗弱脈沖星的法拉第效應，顯現出銀河系內大范圍的磁場特征；新證認出兩例超新星爆炸的遺跡。這對探索銀河系內的星際生態循環有重要意義。12月10日，系列論文作為特別專題發表在《中國科學：物理學 力學 天文學》（SCPMA）上。

　　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存在很多謎團。銀河內千億恒星之間的廣袤星際空間并非虛無，而是充滿了稀薄的星際介質。其中，彌漫分布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，在高密度云團核心中孕育出新一代恒星；新生的明亮恒星能電離周圍氣體。恒星由生到死、不斷演化，其中一些最終爆炸成為超新星，產生超新星遺跡和脈沖星。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恒星生生死死的奧秘，一直是天文學家不斷探索的目標。

　　“中國天眼”是目前世界上靈敏度最高的單口徑射電望遠鏡，因配備了高靈敏度的L波段19波束制冷接收機，成為發現脈沖星、研究銀河系星際介質的利器。韓金林研究團隊于2019年巧妙設計并啟動了銀道面脈沖星快照（GPPS）巡天，至今已發現500多顆脈沖星，且亮度比之前發現的脈沖星暗弱一個量級。他們在搜尋脈沖星的同時，同步記錄了星際氣體輻射的譜線數據，兼具高靈敏度、高頻譜分辨率、高空間分辨率的特征，是探究銀河系結構和星際生態循環的寶貴資源。該團隊最近完成了第一批GPPS巡天譜線數據的處理，發布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。

　　在第一次數據釋放中，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布圖。雖然精細校準還在進行中，但初步結果已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布前所未有的細節特征，甚至探測到距離銀河系中心6萬光年之外、其他望遠鏡均看不清的小小云團，為銀河系的氣體動力學研究和旋臂結構等前沿課題提供高質量觀測數據集。

　　星際空間電離氣體是銀河系中最后一個尚未深究的主要組分。該團隊還處理了GPPS巡天同步記錄譜線數據中的氫原子復合線，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布，揭示了由明亮恒星電離的高亮度區域和未知來源的彌漫氣體，且結構相當豐富，為銀河系內氣體的生態循環和恒星形成研究提供了重要的數據集。

　　銀河系星際介質中，磁場彌漫于整個星系，極難測量和研究。該團隊依靠FAST的靈敏度優勢，新測量了134顆銀暈暗弱脈沖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。利用新測量的銀盤脈沖星的法拉第效應數據，研究還得到了銀河更遙遠區域內磁場方向反轉的證據。沒有FAST，很難開展如此大范圍的星際磁場探測。

　　作為FAST對星際無線電連續譜輻射特征的探測試驗，該團隊利用FAST對5°× 7°天區進行掃描成像。研究確認了兩個大的暗弱無線電輻射結構（G203.1+6.6和G206.7+5.9）是超新星爆炸產生的殼層遺跡，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跡僅有300多個。

　　專題主編、中科院院士、上海交通大學教授景益鵬表示，“高靈敏度FAST觀測揭示了銀河系前所未有的細節。所發表的中性氫和電離氫數據庫可以用于探索銀河系星際氣體的許多特征，為世界范圍內的天文學家提供寶貴的數據資源”。

　　韓金林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。

　　研究工作得到國家自然科學基金基礎科學中心項目的支持。