对话脉冲星搜索组成员：将来可探测到数千颗脉冲星

      经过一年的调试，世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜（FAST）终于观测到了“天外来客”。昨日，FAST首批成果新闻发布会在中国科学院国家天文台举行。国家天文台研究员李菂在会上表示，FAST探测到数十个优质脉冲星候选体，经国际合作，如利用澳大利亚64米Parkes望远镜，进行后随观测认证，目前两颗脉冲星已通过系统认证。这是中国人第一次使用自己的望远镜找到新的脉冲星。
　　记者：FAST发现脉冲星的意义是什么？
　　王启明（FAST总工艺师）：脉冲星是快速转动的中子星，而最快转动的周期达到毫秒量级，1.4毫秒。中子星是大质量恒星的演化产物，相当于十几个太阳的恒星在其核能燃烧耗尽以后，将经历超新星爆发，期间星体的核心部分塌缩成高度致密的中子星， 其质量大约一个太阳，而半径只有约10千米。打个比方，中子星相当于太阳系的全部质量压缩到一个城市。所以它的密度很高，一个乒乓球大小的中子星物质相当于喜马拉雅山的质量。其磁场也非常高， 达到万亿高斯， 即地磁场的万亿倍。所以，脉冲星可以作为天然的空间实验室，用来检验极端物理环境下的物质运动规律， 诸如验证强引力场的爱因斯坦广义相对论效应，包括引力波现象。中子星的高度致密物质物态还是检验核物理理论的极佳场所；其强磁场导致的电磁辐射现象也是等离子体物理的研究领域。
　　此外，脉冲星的转动是高度稳定的，自转周期极为稳定，其周期变慢一秒大约需要千万年时间， 这与实验室制备的氢原子钟一样稳定，堪称宇宙最精准的钟或 “宇宙灯塔”，成为人类测量宇宙的探针。 基于这一性质，脉冲星可以作为导航时间信标参考。之前发射的脉冲星导航试验卫星XPNAV-1就是应用案例。
　　可以利用脉冲星去研究黑洞周围的神秘空间。对脉冲星进行观测，不仅能够研究脉冲星自身的极端物理状态，还能对星际介质、银河系磁场、引力波等目标进行研究。也正因为脉冲星的特殊性，诺贝尔物理学奖两度授予了脉冲星相关发现。
　　目前已知的2700多颗脉冲星中，大部分脉冲星是澳大利亚Parkes望远镜使用多波束接收机通过巡天观测找到的。
　　记者：FAST的接收机目前是单波束的，将来会不会安装多波束的接收机？
　　王启明：现在我们用的是6台单波束的接收机，因为去年9月份以来一直在进行调试，其实到现在还在调试之中。我们也有一台19波束的接收机，最快的话大概今年年底就会安装好。多波束接收机装好以后，一个望远镜能顶好几个用，到时候，我们观测脉冲星的能力就会大大提高。由于我们FAST的灵敏度非常高，所以将来能探测到的脉冲星会非常多，之前专家也预测过，能达到几千颗。
　　记者：这次FAST探测到数十个优质脉冲星候选体，为什么只有两个得到认证？
　　王启明：这主要是出于从科学上的严谨出发，其实我们在几个月前就已经探测到了脉冲星信号，但要跟之前别人探测到的进行区分，还要由别的国家的望远镜进行进一步验证。打个比方，如果你最后探测到的只是其他的干扰信号，你就仓促公布了，那最后不就成了笑话了吗？所以，我们本着严谨的科学态度，经过其他国家的科学机构的验证之后，我们才公布这个消息。
　　此外，要在几万张，甚至几十万张类似的图片中找出一张脉冲星的信号，这个工作量是非常大的。
　　记者：FAST是如何观测到脉冲星的？
　　王培（国家天文台助理研究员、脉冲星搜索组成员）：脉冲星的脉冲就像人的脉搏一样，是稳定出现的短促的无线电信号，比如，被人类发现的第一颗脉冲星，每两脉冲间隔时间是1.337秒，其他脉冲还有短到0.0014秒的，最长的也不过十多秒。每当脉冲星辐射扫过地球， 地面的射电望远镜就收到一个信号， 地面上的望远镜就会记录到像“心电图”一样的系列脉冲。
　　脉冲星由于其信号暗弱，易被人造电磁干扰淹没，目前只观测到一小部分。脉冲星发出的脉冲在到达地球之前，会受到银河系空间中的星际介质影响，发生“色散”。色散效应会导致脉冲星高频的电磁波比低频的电磁波先到达地球。为了能够得到高信噪比的脉冲信号，我们需要在数据处理的过程中抵消掉色散带来的延时，进行去干扰、“消色散”。大家现在看到的脉冲信号图，都经过了后期的很多处理。因为我们也不知道脉冲星在哪里，参数是多少，我们要去辨别它的参数空间，经过地毯式搜索，最后得到具有脉冲星特征的信号规律，也就是现在看到的这些脉冲波形。
　　记者：使用19波束接收机后，将来是否可发现更多脉冲星？
　　王培：是的。观测能力会大大提高，但这些天上的东西，能观测到多少要看运气，现在要说一个准数，也不是太靠谱。当然，在已经发表的学术期刊文章上，很多国内外的专家进行过预测和模拟，随着接收机性能的改进和设备调优，会有不同的模拟结果，最多的是几千颗。当然，这依赖于设备调优的结果，我们的搜索策略，以及我们的运气。