“中国天眼”落成10年：这把打开宇宙的钥匙，接下来要开哪扇门？

　　自2016年落成以来，“中国天眼”FAST不断刷新发现，把人类对宇宙的认知一次次推向新高度。它不仅是一台射电望远镜，也是一把打开宇宙未知之门的“钥匙”。

　　近日，中国科学院国家天文台副台长、“中国天眼”总工程师姜鹏在国家科技传播中心学术发展讲堂开讲。他表示，截至目前，FAST已经产出了大量具有国际影响力的科学成果。比较典型的，是发现轨道周期仅53分钟的迄今最短周期脉冲星双星系统PSR J1953+1844（M71E）。“它最大的科学意义，不在于轨道周期最短，而在于它恰好处于‘红背’向‘黑寡妇’演化的临界状态。”

  如果两颗星的距离很近，脉冲星会吞掉身旁这颗恒星的物质，并使自身越转越快。因恒星初始质量较大，随着脉冲星蚕食恒星，两颗星的距离越靠越近，相互绕转速度也越来越快；随着双星系统演化，恒星被大量蚕食后质量变小，脉冲星难以继续吸积并把恒星推开，其相互绕转的速度也就变慢。因为这种行为类似自然界中雌蜘蛛吞食雄蜘蛛供养自身的行为，天文学家就以两种蜘蛛的名字“红背”(redback)与“黑寡妇”(black widow)来命名这类天体，统称为蜘蛛类脉冲星(spider pulsar)。

  从“红背”到“黑寡妇”脉冲星-恒星系统的演化过程可长达数亿年。此前天文学界仅探测到分别处于“红背”与“黑寡妇”状态的系统，但并未发现这二者演化的中间状态。原因是在此阶段的脉冲星轨道周期非常短、两颗星的距离非常近，对观测提出了极大的挑战。因此，蜘蛛类脉冲星从“红背”向“黑寡妇”系统的演化理论尚未完全证实。

  借助“中国天眼”FAST的超高灵敏度和极强探测能力，这一演化路径得到证实。“你可以把它想象成破茧成蝶的过程，所有人都知道蝴蝶是由蛹蜕变而来，但最直接的证明，就是拍下破茧成蝶的那一刻。这个发现，就捕捉到了双星演化的‘破茧成蝶’时刻，为双星演化理论补上了曾经缺失的最关键一环。”

  此外，科研人员利用FAST首次获得纳赫兹引力波存在的关键证据。

  姜鹏介绍，纳赫兹引力波是1983年就曾被科学家预言存在的物理现象，此后全世界成立了数个引力波探测组织，想要证实这个预言。科研人员对“中国天眼”收集的时间跨度达3年5个月的数据进行分析研究，在4.6西格玛置信度水平（误报率小于五十万分之一）上发现了具有纳赫兹引力波特征的四极相关信号的证据。

  “在天文学界，只有置信度达到5西格玛，才能被认定为确凿的科学发现，出错概率不到百万分之一。我们现在是全世界最接近5西格玛的团队，非常有希望在全球第一个实现纳赫兹引力波的确定性探测。”

  下一步，FAST将有哪些升级？姜鹏表示，未来将在FAST周边建设64台40米口径的中型天线，组成以FAST为中心的综合孔径望远镜阵列，同步提升FAST的分辨率和灵敏度。“所有天线与FAST之间采用光纤直连，天线接收的信号通过高速数据传输系统汇聚到数据相关中心，通过数据相关中心集群，可以实时处理超过2000路的基线数据，再利用研发的FAST多波束和单波束混合视场匹配综合孔径技术，实现对天体的高分辨率成像，补齐FAST‘短板’。”

  目前，这一工程已经启动，回望来时路，姜鹏十分感慨。“开工之后，我第一次到尘土飞扬的施工现场时，觉得命运好似轮回，时隔多年，我们又回到了最初奋斗的起点，希望这一次，我们依然能梦想成真。”（蔡琳）