中国天眼揭示银河系星际介质前所未见的高清细节

璀璨群星聚集夜空，形成了一条横亘苍穹的银河。作为人类在浩瀚宇宙中的家园，银河系的结构和组成依然有很多谜团。银河内千亿恒星之间的广袤星际空间并非虚无，而是充满了稀薄的星际介质。星际介质隐藏了恒星生生死死的奥秘，一直是天文学家不断探索的目标。

近日，中国科学院国家天文台韩金林研究员领导的科研团队，利用中国天眼FAST揭示了银河系星际介质前所未见的高清细节。他们在搜寻银河系内脉冲星的过程中，同步记录了星际介质的谱线数据，揭示出银河系中性氢气体的精致结构和电离气体的弥漫特征。他们还测量了大量暗弱脉冲星的法拉第效应，显现出银河系内大范围的磁场特征；新证认出两例超新星爆炸的遗迹。这些研究结果对理解银河系内的星际生态循环有重要意义。系列论文于2022年12月10日作为特别专题发表在我国综合国际期刊《中国科学：物理学力学天文学》上。

韩金林研究员（前排左五）团队

中国天眼FAST是目前世界上灵敏度最高的单口径射电望远镜，使它成为发现脉冲星、研究银河系星际介质的利器。韩金林研究团队于2019年巧妙设计并启动了银道面脉冲星快照（GPPS）巡天，至今不到三年时间已发现500多颗脉冲星，亮度比之前发现的脉冲星暗一个量级。他们在搜寻脉冲星的同时，同步记录了星际气体辐射的谱线数据，兼具高灵敏度、高频谱分辨率、高空间分辨率的特征，是研究银河系结构和星际生态循环极其宝贵的资源。该团队最近完成了第一批GPPS巡天谱线数据的处理，发布了银河系星际空间原子气体、电离气体、磁场以及无线电辐射的最新研究结果。

在第一次数据释放中，FAST探测了银经33°至55°，银纬±2°之间共88平方度天区的中性氢原子气体的天空分布图。虽然精细校准还在进行之中，初步结果已经是国际上迄今为止灵敏度最高的氢原子气体探测，展示了氢原子气体分布前所未有的细节特征，甚至探测到距离银河系中心6万光年之外、其他望远镜都看不清的小小云团，为银河系的气体动力学研究和旋臂结构等前沿课题提供高质量观测数据集。澳大利亚塔斯马尼亚大学、美国明尼苏达大学名誉教授John M. Dickey评价：“是一个具有里程碑意义的成就，值得庆祝和国际关注。”

星际空间电离气体是银河系中最后一个尚未深究的主要组分。该团队还处理了GPPS巡天同步记录谱线数据中的氢原子复合线，得到了与氢原子同一天区银河系星际空间的电离气体的分布，揭示了由明亮恒星电离的高亮度区域和未知来源的弥漫气体，结构相当丰富，为银河系内气体的生态循环和恒星形成研究提供了不可或缺的难得数据集。美国国家射电天文台Dana S. Balser研究员评论：“这是迄今为止探测灵敏度最高的射电复合线巡天。”

银河系星际介质中，磁场弥漫于整个星系，极难测量和研究。该团队依靠FAST的灵敏度优势，新测量了134颗银晕暗弱脉冲星的偏振和法拉第效应，研究出银晕磁场强度约为2微高斯。利用新测量的银盘脉冲星的法拉第效应数据，还得到了银河更遥远区域内磁场方向反转的证据。没有FAST，很难开展如此大范围的星际磁场探测。

作为FAST对星际无线电连续谱辐射特征的探测试验，该团队利用FAST对5°×7°天区进行了扫描成像。结果确认了两个大的暗弱无线电辐射结构是超新星爆炸产生的壳层遗迹，其中一个距离太阳很近，仅有约1400光年。到目前为止，人类已知的超新星遗迹只有300多个。

专题主编上海交通大学景益鹏院士表示：“高灵敏度FAST观测揭示了银河系前所未有的细节。所发表的中性氢和电离氢数据库可以用于探索银河系星际气体的许多特征，为世界范围内的天文学家提供宝贵的数据资源”。

目前，韩金林研究员领衔的科研团队仍在努力巡测FAST可见的银河区域，目标是最终完成银河2900平方度区域巡测，未来结果可期。