2024年高能新聞
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EP衛(wèi)星后隨X射線望遠(yuǎn)鏡首批在軌科學(xué)探測(cè)圖像解讀
文章來源:  2024-05-01
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427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(huì)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(cè)圖像。

愛因斯坦探針(EP)衛(wèi)星的有效載荷包括兩個(gè)X射線望遠(yuǎn)鏡:一臺(tái)大視場(chǎng)(3600平方度)的龍蝦眼式軟X射線監(jiān)視器(WXT)和一臺(tái)視場(chǎng)約為1°×1°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(guó)主導(dǎo)的國(guó)際合作空間X射線望遠(yuǎn)鏡,由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所承擔(dān),中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所參與,歐洲航天局(ESA)和德國(guó)馬克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)通過國(guó)際合作的方式參與。作為EP衛(wèi)星的兩個(gè)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(shí)兼具高能量分辨與高時(shí)間分辨能力。

首批公布的FXT在軌科學(xué)探測(cè)圖像共6幅,以下對(duì)超新星遺跡Crab和巨橢圓星系M87兩幅觀測(cè)圖像進(jìn)行詳細(xì)解讀。

Crab解讀

公元105474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(cè)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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)探測(cè)器進(jìn)行了創(chuàng)新性的開發(fā),針對(duì)亮天體源專門設(shè)計(jì)了開窗和時(shí)變兩種科學(xué)觀測(cè)模式。圖1展示的是FXT0.3~10keV的開窗觀測(cè)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(diǎn)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(shí)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

2FXT采用時(shí)變模式觀測(cè)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(cè)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3FXT采用全幀科學(xué)觀測(cè)模式直接獲得的M87圖像,能段為0.3~10 keV,曝光時(shí)間為39 ks。不同于光學(xué)圖像,在X射線能段,FXT觀測(cè)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(dòng)星系核(AGN)的輻射,向外還伸出了兩個(gè)臂狀結(jié)構(gòu),這是由于AGN活動(dòng)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(cè)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(guó)際上主要Wolter-IX射線望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)示意圖,左上為美國(guó)Chandra望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)范圍,左下為日本Suzaku望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)范圍,右上為歐洲的XMM-Newton望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)范圍。與這些望遠(yuǎn)鏡相比,FXT的視場(chǎng)是一個(gè)完整的整體,沒有用多個(gè)CCD進(jìn)行拼接,因而視場(chǎng)內(nèi)沒有縫隙;此外,FXT的視場(chǎng)要大很多,對(duì)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(cè)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(jì)要求。歷時(shí)七載,收獲的成果離不開FXT團(tuán)隊(duì)中每一位成員的付出與努力,這一路走來,每一步腳印都堅(jiān)實(shí)而有力量。圖4EP衛(wèi)星發(fā)射前夕,高能物理研究所領(lǐng)導(dǎo)和FXT團(tuán)隊(duì)部分成員在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的合影。

圖 4EP-FXT團(tuán)隊(duì)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(jì)劃開展并完成在軌詳細(xì)標(biāo)定。正式交付運(yùn)行后,FXT將成為空間X射線天文觀測(cè)的又一利器。


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