磁場在星際介質的演化和恆星形成中具有重要作用。作為星際場強的唯一直接探測器，由於缺乏合適的塞曼探測器，特別是對於冷分子氣體，可靠的塞曼測量仍然很少。
2022年1月5日，中國科學院國家天文臺李菂團隊在Nature 線上發表題為“An early transition to magnetic supercriticality in star formation”的研究論文，該研究透過FAST平臺，採用原創的中性氫窄線自吸收方法，首次獲得原恆星核包層中的高置信度的塞曼效應測量結果。研究發現，星際介質具有連貫性的磁場結構，異於標準模型預測，為解決恆星形成三大經典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據。該文章被選為封面文章，同時該文章也是2022年中國學者在Nature 發表的第一篇文章。
另外，2021年10月13日，中國科學院國家天文臺李菂及內華達大學張冰共同通訊在Nature 線上發表題為“A bimodal burst energy distribution of a repeating fast radio burst source”的研究論文，該研究報告了在 47 天的 59.5 小時內檢測到 1,652 次獨立爆發，峰值爆發率為 122 h−1。發現各向同性等效能量分佈的峰值在 1.25 GHz 處約為 4.8 ×1037erg，低於該峰值時，脈衝串的檢測被抑制。爆發能量分佈是雙峰的，並且由對數正態函式和廣義柯西函式的組合很好地表徵。一小時跨度內的大量突發允許在 1 毫秒和 1,000 秒之間進行敏感的週期性搜尋。未檢測到任何週期性或準週期性對涉及單個旋轉緊湊物體的模型提出了挑戰。高爆發率還意味著必須以高輻射效率生成 FRB，不利於具有大能量需求或人為觸發條件的發射機制（點選閱讀）。
2020年11月4日，中國科學院國家天文臺李柯伽，李菂及內華達大學張冰共同通訊（北京師範大學為第一單位，林琳為第一作者）在Nature 線上發表題為“No pulsed radio emission during a bursting phase of a Galactic magnetar”的研究論文，該研究報告了一個為期八小時的有針對性的無線電觀測活動，包括4個Sessions，並輔以多波長（光學和硬X射線）資料。在第3個Session，在γ射線能量中檢測到29個軟γ射線中繼器（SGR）暴發。在整個觀測期間，沒有檢測到與SGR暴發的到來相符的單個分散脈衝發射。結果表明FRB-SGR暴發關聯很少。FRB可能在幾何上是成束的，或者與SGR暴發關聯的類FRB事件可能具有較窄的頻譜和所觀察頻帶之外的特徵頻率。在SGR暴發中實現相干輻射所需的物理條件也可能難以滿足，並且只有在極端條件下，FRB才能與SGR暴發關聯（點選閱讀）。
2020年10月28日，中國科學院國家天文臺/北京大學李柯伽，內華達大學張冰及中國科學院國家天文臺韓金林共同通訊在Nature 線上發表題為“Diverse polarization angle swings from a repeating fast radio burst source”的研究論文，該研究報告了來自快速無線電突發（FRB） 180301的15次猝發的觀測結果，並發現其中7次發生了各種偏振角擺動。 這些脈衝的極化角特徵的多樣性與無線電發射的磁層起源一致，不利於引起相對論性衝擊的輻射模型（點選閱讀）。
發現約500顆脈衝星，成為自其執行以來世界上發現脈衝星效率最高的裝置；獲得迄今最大的快速射電暴爆發事件樣本，超過此前本領域所有文章發表的射電暴爆發事件總量……正式驗收近兩年，“中國天眼”取得一批重要科研成果，亮出一份不俗的成績單。未來，“中國天眼”的科學潛力還將進一步顯現。
圖為FAST夜空中快速射電暴的閃爍示意圖（影片截圖）。中國科學院國家天文臺供圖
被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）正式驗收至今已近兩年。“中國天眼”執行效率和質量不斷提高，年觀測時長超過5300小時，已遠超國際同行預期的工作效率，為其科學產出起到重要支撐作用。1月5日，中國科學院釋出訊息，2021年，科學家依託“中國天眼”又取得了一批重要科研成果。
為解決恆星形成三大經典問題之一提供重要觀測證據
中性氫是宇宙中丰度最高的元素，廣泛存在於宇宙的不同時期，是不同尺度物質分佈的最佳示蹤物之一。
國家天文臺慶道衝、李菂領導的國際合作團隊採用原創的中性氫窄線自吸收方法，利用“中國天眼”首次獲得原恆星核包層中的高置信度的塞曼效應測量結果，為解決恆星形成三大經典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據。
該成果論文於北京時間1月6日在國際學術期刊《自然》雜誌以封面文章形式發表。
《自然》雜誌封面
“‘中國天眼’探測到的磁場強度只有地球磁場的十萬分之一，比恆星形成標準模型預測的磁場強度弱至少3—4倍。”“中國天眼”執行和發展中心首席科學家、論文作者李菂說，“這個結果揭示分子云在緻密雲核階段即可超前達成磁超臨界狀態，可能存在比標準模型更有效的磁場耗散機制使得恆星形成提前發生。此成果也有望將中性氫窄線自吸收方法拓展成為星際磁場測量的重要系統性探針。”
在揭示快速射電暴基礎物理機制方面取得重大進展
快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發現象，爆發時間僅持續幾毫秒，最初於2007年被發現，疑似為來自河外星系的脈衝訊號。發現之初，學界對於其真實性還有所懷疑，直到2013年更多此類現象被發現，才逐步得到認可和廣泛的關注，並被正式定名為快速射電暴。因起源與物理機制完全未知，成為當今天體物理領域最大熱點之一。
目前，已有數百例快速射電暴被探測到，其中僅少數呈現出重複爆發現象。FRB121102是人類所知的第一個重複暴，在2017年成為首個被精確定位、能夠確認其宿主星系的快速射電暴。
國家天文臺李菂、王培、朱煒瑋領導的國際合作團隊利用“中國天眼”對FRB121102進行觀測，在約50天內探測到1652次爆發事件，獲得迄今最大的快速射電暴爆發事件樣本，超過此前本領域所有文章發表的射電暴爆發事件總量。
科研人員分析樣本後，首次揭示了快速射電暴爆發率的完整能譜，發現了雙峰結構，排除了此快速射電暴爆發的週期性或準週期性，嚴格限制了重複FRB來自單一致密天體的可能。這是揭示快速射電暴基礎物理機制的重大進展。該成果論文於2021年10月14日在國際學術期刊《自然》雜誌發表。
此外，“中國天眼”多科學目標巡天已經發現至少6例新快速射電暴，正為揭示這一現象的機制、推進這一領域發展做出獨特貢獻。
持續發現毫秒脈衝星，開展多波段合作觀測
脈衝星能夠發射出高度週期性的脈衝，週期在1.4毫秒到23秒之間。被稱為“毫秒脈衝星”的短週期脈衝星，可以與地球上最好的原子鐘相媲美。因此，發現脈衝星是國際大型射電望遠鏡觀測的主要科學目標之一。截至目前，“中國天眼”共發現約500顆脈衝星，成為自其執行以來世界上發現脈衝星效率最高的裝置。
“中國天眼”配備19波束L波段接收機，是目前世界上最強大的脈衝星搜尋利器。國家天文臺韓金林領導的“中國天眼”重大優先專案“銀道面脈衝星快照巡天”在不到兩年時間，累計觀測了約620個機時，完成了計劃搜尋天區的8%。截至目前，僅該專案就新發現279顆脈衝星，其中65個為毫秒脈衝星，在雙星系統中的有22顆。該工作執行1年半，所發現的脈衝星數已經超越美國阿雷西博望遠鏡15年的搜尋結果。相關論文於2021年5月在國內學術期刊《天文和天體物理學研究》發表。
基於“中國天眼”靈敏度國際領先的優勢，將“中國天眼”與重要空間天文設施費米伽馬射線天文臺大視場望遠鏡相結合，進行天地一體化協同和後隨觀測，具有產生重大科學突破的潛力。國家天文臺李菂、王培領導的國際合作團隊發現了多顆脈衝星，並開展了多波段觀測分析。相關成果於2021年12月在國內學術期刊《中國科學》上以封面及編輯點評文章形式發表。
李菂說：“多波段合作觀測不僅開啟了‘中國天眼’脈衝星搜尋新方向，而且打開了研究脈衝星電磁輻射機制的新途徑，為研究中子星星族演化和探測引力波提供更多樣本。”
未來考慮1%觀測時間向中小學生開放
科技創新離不開國際合作和開放共享。“中國天眼”在建設之初，即確立了按國際慣例逐步開放的原則。2021年3月31日0時，“中國天眼”正式向全球開放共享，向全球天文學家徵集觀測申請。
中國科學院副院長周琪說：“一年來，中國科學院全力做好‘中國天眼’開放執行和科學研究工作。第一時間成立了‘中國天眼’科學委員會、時間分配委員會和使用者委員會，統籌規劃科學方向、遴選重大專案、制定資料開放政策等，充分發揮‘中國天眼’科學效能，促進重大科學成果產出。”
據“中國天眼”執行和發展中心常務副主任、總工程師姜鵬介紹，此次徵集共收到來自不同國家共7216小時的觀測申請，最終14個國家（不含中國）的27份國際專案獲得批准，並於2021年8月啟動科學觀測。
隨著效能的提升，“中國天眼”的科學潛力還將進一步顯現，成果還將不斷湧現。中國科學院院士、國家天文臺研究員武向平說：“未來，FAST還將搜尋發現更多的脈衝星，希望能看到更遙遠的銀河系外的脈衝星。同時繼續巡視宇宙中的中性氫，幫助科學家研究宇宙大尺度物理學，以探索宇宙起源和演化等。”
武向平還透露，“中國天眼”正在考慮拿出1%的觀測時間對全國的中小學生開放。“中小學生可以提出好的科學想法，由專業天文學家幫助他們來實現。”
來源：人民日報。
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