科研成果

中国天眼构建世界最大中性氢星系样本库:从追光者到掌灯人,FAST绘就最大宇宙气体图谱

发布日期:2026-09-08 【字号:

138亿年前,宇宙大爆炸后温度逐渐降低,质子和电子终于能稳定地结合在一起,形成了第一批中性氢原子。中性氢是宇宙中最古老、最基础的物质——恒星的“原材料”,星系的“建筑材料”,也是记录宇宙从黑暗走向光明的“历史档案”。中性氢发出的21厘米辐射,穿透力极强,能穿越星际尘埃的层层遮挡,将宇宙深处最原始的气体信息传递到地球。中国天眼FAST,正是捕捉这一宇宙“信标”的“最强利器”。

2026年9月,由中国科学院国家天文台姜鹏研究员团队领衔的FAST中性氢巡天(FASHI)项目,以封面文章形式在《Science China Physics, Mechanics & Astronomy》发布第二期数据(FASHI DR2)。数据显示,在两年的观测时间内,FASHI探测的河外中性氢源便从4万跃升至15.6万,覆盖天区从7600平方度猛增至19500平方度,几乎占据半个天穹。FAST用两年时间,两次刷新了美国Arecibo望远镜ALFALFA巡天统治近20年的纪录,将探测源数量推至5倍规模——FAST完成了从“世界纪录保持者”到“核心参考样本”的关键跨越。

20241月,FASHI首期数据(DR1)刚一亮相,便以41741个探测源登顶世界最大中性氢星系样本。这个数字,让Arecibo望远镜ALFALFA项目历时十余年积累的纪录(约7000平方度、31500个源)成为历史。

FASHI DR1数据发布后,引起了国际天文学界的关注。已有十余个国内外研究团队表达了合作意向,合作方向涉及星系演化、宇宙学、大尺度结构等多个领域。截至DR2发布前,FASHI DR1相关论文已被引用超过100次。这一引用数据反映了学界对FASHI数据质量的初步认可,FASHI正逐渐成为该领域重要的参考数据集之一。

两年后,“FASHI团队”再次以封面文章发布了DR2数据。FASHI DR2的封面以暖色夕阳为背景,将FAST接收到的来自遥远星系的21厘米信号具象为穿越亿万光年的宇宙信使——这不仅是艺术的表达,更是科学的隐喻:中国天眼正在捕捉宇宙最古老的信标。

在数据层面,FASHI DR2覆盖面积约19500平方度,占全天面积近一半,探测源数量高达156411个,是FASHI DR1的近4倍、ALFALFA的5倍。典型灵敏度达0.57 mJy/beam,比ALFALFA锐利约0.7倍(数值越小灵敏度越高)。国际审稿人评价其为“天文学界期待已久的里程碑式数据集”,并称其“无疑将成为行业内的标准参考文献”。

15.6万个“宇宙信使”的背后,是5年如一日的坚守。FASHI DR2的跨越式增长,源于FAST望远镜在2020年8月至2025年7月长达5年的观测周期中始终保持卓越的灵敏度与稳定性,其19波束接收机与高效漂移扫描策略的配合,实现了巡天深度与广度的双重突破。这不是一朝一夕的爆发,而是日复一日的扫描、积累与优化——每一平方度的覆盖、每一个源的探测,都是中国天眼向宇宙深处迈出的坚实一步。

依托FASHI DR2巡天数据,团队将中性氢质量函数的可靠测量范围首次稳健拓展至约100万倍太阳质量,同时将近邻宇宙中性氢密度的统计精度锁定在0.6%——这是迄今人类对该物理量最精确的测量,为近邻宇宙气体含量研究树立了全新的精度标杆。

这15.6万个星系的气体“身份证”,预计将在多个天文学前沿领域发挥作用:

在星系演化领域,为研究气体吸积、恒星形成反馈与星系演化提供直接观测约束——人类可以完整地追踪一个星系“呼吸”的全过程;

在宇宙学领域,精确的中性氢质量函数为理解暗物质晕中重子物质的分布、检验星系形成与演化模型提供关键数据——让宇宙的“隐形骨架”逐渐显形;

在大尺度结构领域,FASHI描绘的中性氢宇宙网将与光学巡天互补,揭示气体在纤维状结构与空洞中的分布规律——在宇宙最空旷的地方,也藏着物质的秘密;

在引力波与暂现源研究领域,FASHI源表有助于精确定位引力波事件的宿主星系——每一次引力波回荡,都能找到它的家园;

SKA时代前瞻研究方面,FASHI为下一代射电干涉阵巡天提供了重要的样本设计和系统比对基准。

从FASHI DR1到DR2,FAST在该领域的数据产出实现了重要进展。DR1数据发布后,吸引了十余个国际团队的关注与合作意愿。DR2数据发布后,其源表已面向全球公开(https://fast.bao.ac.cn/cms/article/271/),为未来更大规模的宇宙探索奠定了关键数据基础。

论文第一作者为中国科学院国家天文台张传朋副研究员。该研究由国家天文台姜鹏研究员团队、上海天文台郭宏研究员团队联合贵州射电天文台、中国科学院南美天文中心、北京大学等国内多家科研单位共同完成。研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院、科技部等部门的联合资助。

论文链接:https://www.sciengine.com/SCPMA/doi/10.1007/s11433-026-3072-1