半个世纪以来，古姆星云可能是背景脉冲星散射屏的观点多次被提及，但始终未获得证实。依托上海天马望远镜对脉冲星B0740-28星际闪烁现象的长期“双频同时”监测结果，中国科学院上海天文台和北京大学研究人员成功找到回答该历史疑问的直接证据，研究成果于2024年12月10日刊发于《中国科学:物理学 力学 天文学》英文版(SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy)。
古姆星云是迄今为止天文学家发现的最大角尺度的发射星云，横跨南天船帆星座和船尾星座，在天空中延展大约40度（为圆月角尺度的80余倍）。该星云近端距离我们约450光年，内部包含船帆座超新星遗迹等天体，时至今日它还在膨胀。作为一个在天空中延展尺度如此巨大的星云，其很可能对背后数十颗（不少于50颗）脉冲星的观测带来潜在影响（见图1）。1974年，著名天文学家Backer等人第一次指出船帆座脉冲星的异常散射现象很可能是由古姆星云造成的。尽管在其后的50多年中古姆星云很可能是背后（及内部）脉冲星散射屏的观点多次被提及，但是该观点一直没有获得直接证实。
图1：古姆星云及背景脉冲星投影图：其中古姆星云由 Southern H-Alpha Sky Survey Atlas项目数据处理获得，背景脉冲星流量密度由色阶标识。
为回答这一持续了半个世纪的科学问题，上海天马望远镜脉冲星小组和国内同行精心设计了研究方案，并利用天马望远镜将其付诸科学观测实验。他们选取该星云背后流量较强的脉冲星B0740-28作为“探针”，在两年的时间内利用天马望远镜对其星际闪烁现象进行了21组双频（2.25和8.60 GHz）同时观测研究。和历史观测相比，本次观测研究除了“一镜双频”的鲜明特色外，还具有更高的低频分辨本领和更高的高频灵敏度，可谓“精勤司天”。
脉冲星星际闪烁类似于我们肉眼所见的星星“眨眼睛”现象，不同之处在于它是由星际空间中非均匀分布的等离子体散射造成的，表现为射电波段流量随时间和频率的准周期调制。该调制不仅和脉冲星、观测者、介质屏的相对位置有关，还受到三者间相对运动等因素的影响。研究团队成功在2.25和8.60 GHz探测到脉冲星B0740-28的星际闪烁现象，并以二维动态谱的形式直观展示出来，还进行了自相关和傅里叶分析（后者结果通常称为二级谱），从而进一步量化星际闪烁参数以及调制情况（如图2所示）。在此基础上，研究团队成功拟合出散射屏位置、星际介质膨胀速度，相关结果和其它方式获得的古姆星云参数高度一致，从而得到了迄今为止该星云为背景脉冲星散射屏的最直接证据。
图2：B0740-28星际闪烁二维动态谱（中）、自相关分析（上）、傅里叶分析（下）结果图
除此之外，该研究在高达8.60 GHz探测到二级谱中的闪烁弧结构(如图2右下子图所示)，刷新了有关结果的最高探测频率纪录。通过分析闪烁弧的周年调制情况，研究团队不仅指出该方向的星际介质散射特性为“各向异性”，还成功拟合出散射长轴的方向。凭借双频同时观测优势，研究团队获得更加可靠的星际介质散射指数，发现其随时间不断变化，进一步反映了古姆星云结构的复杂性。
鉴于该研究的重要意义，塔塔基础研究所的Dipanjan Mitra博士在读到提前发布在电子预印本系统（arXiv.org）上的论文后，很快就给研究小组发来了祝贺邮件。国际著名天文学家Dan Stinebring教授不仅肯定了有关研究结果，还对将来利用平方公里阵（SKA）等高灵敏度大型望远镜探测古姆星云精细结构进行了展望。
这项研究是在中国科学院上海天文台和北京大学多位科研人员通力合作之下完成的，并获得了多位国内同行的有益建议。科技部平方公里阵列射电望远镜(SKA)专项、国家重点研发计划等课题的鼎力资助，以及天马望远镜运行团队的有力保障对有关研究目标的实现起到了决定性的作用。
论文链接：
科学联系人：
闫振，中国科学院上海天文台，yanzhen@shao.ac.cn
沈志强，中国科学院上海天文台，zshen@shao.ac.cn
