4月27日下午，以“空間科學(xué) 探索與發(fā)現(xiàn)”為主題的2024中關(guān)村論壇年會平行論壇——“空間科學(xué)論壇”成功舉辦，論壇發(fā)布了EP衛(wèi)星首批在軌探測圖像。
愛因斯坦探針（EP）衛(wèi)星的有效載荷包括兩個X射線望遠(yuǎn)鏡：一臺大視場（3600平方度）的龍蝦眼式軟X射線監(jiān)視器（WXT）和一臺視場約為1°×1°的Wolter-I型后隨X射線望遠(yuǎn)鏡（FXT）。FXT載荷又稱“風(fēng)行天”，是中國主導(dǎo)的國際合作空間X射線望遠(yuǎn)鏡，由中國科學(xué)院高能物理研究所承擔(dān)，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所參與，歐洲航天局（ESA）和德國馬克斯·普朗克地外物理研究所（MPE）通過國際合作的方式參與。作為EP衛(wèi)星的兩個科學(xué)載荷之一，FXT首次展示了優(yōu)秀的X射線成像性能，同時兼具高能量分辨與高時間分辨能力。
首批公布的FXT在軌科學(xué)探測圖像共6幅，以下對超新星遺跡Crab和巨橢圓星系M87兩幅觀測圖像進(jìn)行詳細(xì)解讀。
Crab解讀
公元1054年7月4日，在金牛座的天關(guān)星附近星空突降“客星”，其異常明亮——這也就是后來天文學(xué)家所定義的蟹狀星云超新星，也正是這顆“天關(guān)客星”爆發(fā)后的“遺骸”，經(jīng)千年演化，形成了現(xiàn)在人類觀測到的蟹狀星云。蟹狀星云在X射線波段發(fā)出強(qiáng)烈輻射，致使很多X射線天文望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生嚴(yán)重的光子堆積效應(yīng)，使圖像亮度飽和而產(chǎn)生畸變。
FXT項目團(tuán)隊對探測器進(jìn)行了創(chuàng)新性的開發(fā)，針對亮天體源專門設(shè)計了開窗和時變兩種科學(xué)觀測模式。圖1展示的是FXT在0.3~10keV的開窗觀測圖像，曝光為2600秒。圖像清晰地展現(xiàn)了蟹狀星云的全貌，圖像中心處的亮點即為年輕而有活力的蟹狀星云脈沖星(Crab pulsar)，周圍陀螺狀的光斑為脈沖星發(fā)出的高能粒子與周圍物質(zhì)作用而產(chǎn)生的脈沖星風(fēng)云。
圖 1 蟹狀星云
Crab脈沖星是顆強(qiáng)大的電磁輻射源，以33.8毫秒的周期快速旋轉(zhuǎn)，并以很窄的波束輻射X射線光子，這些光子被FXT接收到，從而形成了我們看到的脈沖輪廓。FXT采用時變模式，可以獲得脈沖星的精確的脈沖周期、相位和輪廓。
圖 2 蟹狀星云脈沖星的輪廓
圖2為FXT采用時變模式觀測到的Crab脈沖星的脈沖輪廓，橫坐標(biāo)為相位，縱坐標(biāo)為光子數(shù)。
M87解讀
圖 3FXT觀測巨橢圓星系M87所得圖像
M87是室女座星系團(tuán)（Virgo星系團(tuán)）中的明亮的巨橢圓星系。圖3為FXT采用全幀科學(xué)觀測模式直接獲得的M87圖像，能段為0.3~10 keV，曝光時間為39 ks。不同于光學(xué)圖像，在X射線能段，FXT觀測到M87內(nèi)存在大量彌散的熱氣體。M87的中心亮斑來自于星系中心活動星系核（AGN）的輻射，向外還伸出了兩個臂狀結(jié)構(gòu)，這是由于AGN活動所產(chǎn)生的射電氣體噴流把冷氣體裹挾出來，冷氣體密度大，而使輻射增強(qiáng)，最終形成了明亮的臂狀結(jié)構(gòu)。此外，在M87外圍，還清楚地觀測到表面亮度發(fā)生階躍變化，形成“冷鋒”。在圖3中還放置了國際上主要Wolter-I型X射線望遠(yuǎn)鏡的視場示意圖，左上為美國Chandra望遠(yuǎn)鏡視場范圍，左下為日本Suzaku望遠(yuǎn)鏡視場范圍，右上為歐洲的XMM-Newton望遠(yuǎn)鏡視場范圍。與這些望遠(yuǎn)鏡相比，FXT的視場是一個完整的整體，沒有用多個CCD進(jìn)行拼接，因而視場內(nèi)沒有縫隙；此外，FXT的視場要大很多，對M87外圍的“冷鋒”結(jié)構(gòu)一覽無余，甚至還可以看到更外圍來自于室女座星系團(tuán)氣體的X射線輻射。
初步的測試結(jié)果表明，FXT望遠(yuǎn)鏡的功能性能指標(biāo)都達(dá)到或超出了設(shè)計要求。歷時七載，收獲的成果離不開FXT團(tuán)隊中每一位成員的付出與努力，這一路走來，每一步腳印都堅實而有力量。圖4為EP衛(wèi)星發(fā)射前夕，高能物理研究所領(lǐng)導(dǎo)和FXT團(tuán)隊部分成員在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的合影。
圖 4EP-FXT團(tuán)隊在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心合影
下一階段，FXT將繼續(xù)按照既定計劃開展并完成在軌詳細(xì)標(biāo)定。正式交付運行后，FXT將成為空間X射線天文觀測的又一利器。
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