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中国天眼如何找到最神奇脉冲星 靠技巧也靠膂力 脉冲星

发布日期:2021-03-02 07:10   来源:未知   阅读:

  为了可以得到高信噪比的脉冲信号,我们需要在数据处置的过程中对消掉色散带来的延时,即所谓的“消色散”。

  今天(2017年10月10日),中国科学院国度天文台发布新闻,发布科学家们使用位于贵州的FAST望远镜找到了2颗新的脉冲星。

  发布会上提到,其实已经发明6颗,不外因为发布会是几周前开端筹备的,所以只宣布了2颗。

  那如果我们想看其他赤纬的天体怎么办?那就得挪望远镜指向,让它指到其他赤纬上(FAST早期只是动得不灵巧,不是不能动)。

  目前已知的2000多颗脉冲星中,大局部脉冲星是澳大利亚Parkes望远镜使用多波束接受机通过巡天观测找到的。多波束吸收机的使用,使得一个望远镜能顶好几个用,这也是Parkes望远镜胜利的起因之一。

  脉冲星的特别性,以及FAST在脉冲星搜寻中的上风,使得寻找未知脉冲星成为FAST主要的科学目的之

  幸好,脉冲星一般都有很强的周期性,便利我们去找它的信号。

  固然,人们早就知道FAST这么大的望远镜确定能够找到不少脉冲星,但第一次找到,还是令许多人觉得高兴的。

  不过用这种方式进行观测有个不好的地方,就是每次天体经过望远镜视野的时间很短,对FAST来说,最长也就1分钟不到的时间。观测时间短,就象征着我们只能看一些比较亮的天体。好在我们的FAST够大,很多其他望远镜感到暗的天体,对FAST来说都是“比较亮的”。

  然而,良多时候我们是没那么幸运的,脉冲星真得太暗了,我们并不能看到图五那么明显的线。更不用说大多数时候我们的望远镜基本就没对准某颗脉冲星。

  图五:对脉冲星B1550-54消色散后的数据进行傅里叶变换得到的成果。横轴是傅里叶变化之后得到的频率(这里的频率是指信号变化周期的倒数,不是电磁波频率)信息。这颗脉冲星的周期大概是1秒,所以在1赫兹(Hz)的处所有条很显明高出来的线。其余的线是脉冲星信号的谐波。

  最后,让咱们来休会下地理学家的工作,一起找下脉冲星吧!

  普通地讲,我们会周期性地看到脉冲星发出的脉冲信号。相邻两个脉冲信号之间的时间差(所谓的脉冲周期),在1.4毫秒到23秒之间不等。而脉冲信号的宽度,通常只有这个时间差的非常之一。只有数据的时间分辨率足够小,我们能力探测到随时间疾速变更的脉冲星信号。

  所以,最后我们得到的会是什么样的数据呢?就是一条条持续的频谱,且相邻两条频谱的距离时间很短,一般只有几百或者几十个微秒。

  找周期

  这里我们需要用到前面消色散之后的数据。消完色散的数据,是总功率随时间变化的数据,就像图四看到的那样。我们需要做的,是对这样的数据进行傅里叶变换。

  由于对脉冲星进行观测,不仅能够研究脉冲星本身的极其物理状况,还能对星际介质、河汉系磁场、引力波等目标进行研讨。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干发现(发现第一个脉冲星;发现第一个双星系统中的脉冲星,并利用它很好地验证了引力波辐射实践)。

  绝不夸大地说,看过几万张数据结果图后,能找到一颗未知的脉冲星,就谢天谢地了。

  所谓的“漂移扫描”实在很简略,跟“刻舟求剑”的思路有点像。就是千里镜不动,比方固定地指向天顶,而后等着天体东升西落,本人活动到望远镜的视线里面。应用“漂移扫描”,望远镜只能盯着某个赤纬(天球坐标系中的赤道坐标系的纬度,类似于地舆经纬线在天上的投影),所以只能观测到这个赤纬上的源。跟着时光的推移,这个赤纬上的天体就会顺次被望远镜所观测到。

  上面我们展现的图中,消色散之后就能够看到一个个脉冲信号。

  正常情形下,经过消色散、找周期之后,我们可以找到大批存在一定色散效应的、有周期性的、看着似乎是脉冲星信号的候选体。

  虽然现在有软件可以帮我们筛选出比较像脉冲星的目标,但终极我们还是需要通过肉眼查看每个候选体相应的参数(一般就是一张结果图),才能做出精确的断定。

  我们知道,电磁波有不同的频率。最直观的感触,就是天然光能够被分为彩虹色,不同色彩就是不同频率的电磁波。在记录用作脉冲星搜寻的数据时,因为后续数据处理的需要,我们要将不同频率的电磁波分成多份记载,也就是要记录光谱数据(一般叫做频谱)。假如分的份数多,那频率分辨率就高,能更好地探测不同频率信号的变化。脉冲星数据要求划分一定的份数,但不用太多,够用就好,这里对选取尺度就不细讲了。

  那么,FAST目前是怎么找脉冲星的呢?说起来,这不仅是个技巧活,仍是个体力活。

  脉冲星发出的脉冲在达到地球之前,会受到天河系空间中的星际介质影响,产生“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。这景象在图三Vela的数据中略微能看出来(因横轴时间标准较大,看不明显)。

  消色散

  (以下图片为实在脉冲星搜寻结果图,来自

  脉冲星是特殊的中子星,因为其辐射束会周期性快捷扫过地球,www.8k578.com,使地球人看到一个个周期脉冲而得名。

  起源:中科院官方科普微信号“迷信大院”

  设想一下,让你在多少万张相似的图片中找出一张脉冲星的信号。当初你应当能懂得我前面说的,找脉冲星这件事,真的须要膂力!

  在漂移扫描进程中,我们需要记载可能用来进行脉冲星搜查的数据。这需要满意两个请求:一、足够高的时间辨别率;二、必定的频率分辩率。

  漂移扫描观测

  对统一段数据,假设其因色散引起的时延为多少,用多个不同时延量分辨进行消色散,然后全体结果独破进行下一步的处理。简单,暴力,不过很有效。

  天文学家的做法很简单:试!

  有了观测数据,我们就可以来找脉冲星了。脉冲星个别是很暗弱的,为此我们需要将观测到的不同频率电磁波叠加起来得到总功率信号,才干更好地去搜索脉冲星的脉冲。在叠加不同频率电磁波之前,我们要做的是对数据进行“消色散”。

  然而,大多数脉冲星都太弱了,我们是没法直接得到单脉冲信号的。如果我们能够知道脉冲星的脉冲都发生在哪些时间点,把对应数据找出来并叠加到一起,那就有可能看到暗弱脉冲星的信号了!

  可以流露的是,FAST也对数据进行了单脉冲的查找,并且已小有播种,敬请等待。

  为什么这么说?

  不同的脉冲星发出的信号经由的星际介质不尽雷同,所以不同脉冲星受到的色散效应也千差万别。色散效应显著的,低频信号延时则会更大。要正确排除色散效应,我们需要知道延时量的大小。然而对未知的脉冲星,我们并不能当时晓得它受到星际介质的影响能有多大,这该怎么去打消色散带来的影响呢?

  有少数的脉冲星,他们的辐射因为某种原因断断续续的,导致我们看到的脉冲信号显得不法则。这种时候,如果我们拿找周期的方式去找,往往是找不到的。这类脉冲星,我们只能在消色散过后的数据中,找信噪比大的信号。此前火过阵的倏地射电暴,就是通过消色散后找单脉冲找到的。

  这是中国人第一次使用自己的望远镜找到新的脉冲星。

  虽然FAST目前还是用的单波束接收机(这样一次只能看个目标),但未几的未来会装置上19波束接收机,到时,观测才能还将大大加强。有剖析以为,FAST得益于宏大口径带来的高敏锐度,将来有盼望找到4000颗脉冲星,这里面应该会有不少有意思的发现。

  说了这么多,我们要寻找的脉冲星在哪儿呢?

  脉冲星堪称宇宙中最为神奇的天体之一。

  假设我们使用准确消色散的数据进行傅里叶变换,又假设我们足够荣幸地碰上了一颗很亮的脉冲星,那么我们将十分幸运地看到下面图五这样的结果!

  单脉冲

  通过“漂移扫描”,我们的FAST不必怎么动就能对天空中不同的地位进行扫描。

义务编纂:张玉

  本文由科普中国融会创作出品,蕉叶制造,中国科学院盘算机网络信息核心监制。“科普中国”是中国科协带同社会各方应用信息化手腕发展科学传布的科学威望品牌。

  我们知道,FAST可以通过调节馈源仓位置和面板外形来调节望远镜指向,从而观测天空中某个特定的位置。不过,在FAST建成早期,望远镜的各个体系还不能很好地运行,指向调节尚不机动,所以,科学家们通常使用一种称为“漂移扫描”的方法来进行观测。

  人们是大略知道脉冲星在星河系里面的散布的,即:重要分布在银盘和球状星团中。FAST在进行“漂移扫描”的时候,是会“扫”过银盘的(也可以扫过球状星团。只是球状星团尺度很小,我们扫过它的概率比拟小)。我们对相应的数据进行分析,就会更有愿望找出新的脉冲星。

  原题目:中国天眼如何找到最神奇天体脉冲星?是技术活,也是体力活