射电波段前沿天体物理课题及FAST早期科学研究.docVIP

项目名称： 射电波段的前沿天体物理课题及FAST早期科学研究 起止年限： 2012.1-2016.8 依托部门： 中国科学院  目前已有的全天的银河系中性氢巡天的分辨率大约为36角分（Hartmann Burton, Atlas of Galactic Neutral Hydrogen, 1997）。世界上主要的射电综合孔径望远镜已经完成了若干对银道面的巡天，这包括加拿大银道面巡天（Canadian Galactic Plane Survey, CGPS, English et al., 1998, PASA, 15, 56）、甚大阵银道面巡天（VLA Galactic Plane Survey, VGPS, Stil et al., 2006, AJ, 132, 1158）和南天银道面巡天（Southern Galactic Plane Survey, SGPS, McClure-Griffiths et al., 2005, ApJS, 158, 178）。这些巡天覆盖了赤纬约+/-1.5度之内银盘的大部分赤经范围，巡天的空间分辨率约1角分、速度分辨率约1km/s。美国的研究团队正在使用Arecibo焦面阵（Arecibo Focal Plane Array，ALFA）进行银河系选定区域的大天区中性氢成图观测，包括金牛座分子云和麦哲伦流。Arecibo中性氢观测的空间分辨率约为3.5角分，速度分辨率约为0.1km/s。FAST将使用19波束馈源阵进行银河系中性氢成图观测，其巡天速度将比Arecibo快10倍，空间分辨率将提高约30％，天区覆盖大2～3倍。因此，FAST中性氢巡天将提供一个在其可见天区内银河系中性氢的全面图像，几乎好于现有的所有巡天。 新恒星在致密星际介质中产生。恒星和行星的形成是地球文明得以产生的基础。以太阳为代表的小质量恒星构成了银河系中恒星物质的主体。小质量恒星的长寿命和大数量为人类世界的演化提供了稳定的环境，并可能确定了演化的时标。年轻恒星通常可以直接在红外到紫外波段被看到，而射电望远镜特别适合于研究星际介质（ISM）和恒星诞生地的状态。对于河内观测，FAST的接收面积和L波段接收机使其能以高于0.1 km/s的速度分辨率（频谱分辨~0.5kHz），捕捉超过1000 km/s速度范围内的中性氢辐射。也就是说，FAST在频域拥有4个数量级的动态范围。这样的高分辨率使细致研究小质量星形成成为可能，为在邻近区域开展该方面研究提供了有利条件。这其中一个主要的领域是通过吸收谱研究原子氢中冷的成份，这些吸收谱包括中性氢自吸收（HI Self-Absorption, HISA, 例如Gibson et al., 2000, ApJ, 540, 851; Knee Brunt, 2001, 7, Nature, 412, 308）、中性氢窄自吸收（HI Narrow Self-Absorption, HINSA, 例如Li Goldsmith, 2003, ApJ, 585, 823）及对背景连续谱源的吸收。大的光谱动态范围有助于在速度空间将冷气体从星系的中性氢背景里分离出来，并提供其激发条件的信息。这些吸收特征示踪了原子氢的冷却及原子氢结合成分子氢的历史，这是恒星形成的必要步骤。 大质量星占据了星系质量的小部分并且寿命较短，但它却主导了宇宙学和星系尺度物质的动力学过程及演化。与小质量恒星形成相比，我们对大质量恒星形成所知更少。大质量恒星形成的初始条件及其形成过程中的坍缩和物质喷发都有待于进一步研究。与大质量恒星相伴的核合成及尘埃形成造就了现在存在的大多数重于氦的元素。FAST提供的四个量级的光谱动态范围使我们可以细致观察大质量恒星形成的动力学过程和大质量星多其环境的反馈影响。“巨泡”和“烟囱”结构是在银盘尺度上动力学相干结构的例子，它们可能与大质量恒星的形成和死亡都有联系。研究这些结构的物质和能量组成将提供星际介质演化的整体图像。 我们研究的内容主要是发展对河内中性氢观测和分析的创新手段，例如，氢的窄线吸收(HINSA)。通过系统的研究现存河内HI巡天，合理的定义FAST的关键课题。发展和完备对射电波段内各种谱线的认识，探索射电复合线、脉泽等在天体物理上的应用。 3）脉冲星物理和应用 脉冲星是大质量恒星演化的最终产物，找到它们需要使用具有较高的频率和时间测量精确性的射电望远镜。Arecibo和其它现有的射电望远镜将它们的相当一部分观测时间用于脉冲星有哪些信誉好的足球投注网站。FAST将把这些搜寻扩展到前所未有的灵敏度和天空覆盖，从而为研究银河系中大质量恒星的死亡提供新的信息，如由脉冲星的逃逸速度反推超新星爆发的信息等。脉冲星也被认为是极端密度、磁场和奇异物态条件下物理的实验室。脉冲星所提供的精确时间信号也已被用于