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“慧眼”巡天望銀河 揭秘閃亮雙星“伴侶”
2017-06-18 10:12:36 來源: 新華社客戶端
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  新華社北京6月17日電(記者喻菲 全曉書 屈婷)銀河係內有著為數眾多的黑洞和中子星,它們有的不發出可見光,有的被厚厚的塵埃所遮擋,需要通過X射線波段望遠鏡觀測才能被發現。中國6月15日發射了首枚X射線太空望遠鏡“慧眼”,科學家將利用它巡視整個銀河係中的X射線源。

  由于“慧眼”有較大的視場,對銀河係進行X射線巡天是它最重要的使命。它將對銀河係的銀道面、銀心和核球進行大天區掃描巡天和監測。

  “慧眼”首席科學家、中國科學院高能物理研究所粒子天體物理中心主任張雙南説,“慧眼”具有獨特的觀測黑洞、中子星等高能天體的能力。希望能夠通過它解開黑洞演化、中子星強磁場等劇烈天文過程中的種種謎團,研究極端引力和密度條件下的中子星物態,以及極端磁場條件下的物理規律,這些都是現代物理學有可能獲得突破的重要方向。

  科學家還不清楚黑洞的噴流是怎麼産生的

  “我們預期會發現一些新的黑洞活動,使我們可以研究的黑洞和中子星對象大大增加,也會帶動地面上光學、射電望遠鏡對這些天體的觀測。”張雙南説。

  遙望銀河

  張雙南説:“與國際同類的X射線天文望遠鏡相比,我們的衛星探測面積大、能區寬、視場大,因此在探測比較亮的黑洞和中子星時就有優勢,對銀河係掃描的效率高。”

  他介紹,“慧眼”的觀測能段為1千至25萬電子伏,能譜范圍達250倍(通常光學望遠鏡不到2倍),可以在很寬的X射線波段內做精細研究,完成以前需要多顆衛星進行的觀測任務。

  張雙南説,盡管其他國家已發射的同類衛星開展了巡天觀測,發現了不少X射線源,但因為絕大多數X射線源都是變源,會不定期發生劇烈的耀發,不是一兩次巡天就都能發現的。有些源可能一年出現幾次,有些可能幾十年才出現一次。

  “新的巡天無論是發現新的X射線源,還是發現原有源的新活動,都是有意義的,能告訴我們很多關于源的信息。因此‘慧眼’將會反復開展巡天掃描,及時探測到銀河係內天體源的耀發,探究這些天體活動的奧秘。”張雙南説。

  黑洞從一顆恒星吸積物質

  “由于國外的衛星已經做過了很多全天的掃描,因此我們的重點是對銀河係銀道面掃描,因為銀道面上的中子星和黑洞通常都是活動的、會變化的,任何時候觀測都會有新的發現。”張雙南説。

  科學家介紹,X射線觀測衛星是空間天文起步的領域。目前在軌運行的X射線天文衛星有7顆,但它們研究重點不一樣。X射線天體源的種類很多,而每一個天體源都被不同的望遠鏡在不同時刻觀測,因為用不同的儀器能看到它們不同的表現方面。

  “天上黑洞、中子星那麼多,但是現在還沒有把哪一個徹底搞明白,所以會不斷有衛星來對它們進行觀測。”張雙南説。

  “慧眼”衛星有效載荷總師盧方軍説,調制望遠鏡將對銀道面進行經常性的掃描觀測,一旦發現處于爆發態的源,就會對其進行高精度的定點觀測,組織其他空間和地面望遠鏡對這些天體源進行多波段聯合觀測。

  揭秘閃亮雙星“伴侶”

  科幻作家劉慈欣描繪的有三個太陽的“三體世界”在宇宙中其實並不罕見,絕大多數恒星都有“伴侶”,很多還不止一個,銀河係三分之二的恒星都是聚星係統,像太陽這樣孤獨的恒星其實才是與眾不同。

  兩顆星星因為引力糾纏在一起,相依相生,這樣的係統叫雙星係統。當雙星係統中一顆大質量恒星在經歷超新星爆發後形成中子星或黑洞這樣的致密天體,它強大的引力會從另一顆星吸積物質,這些物質以漩渦狀的軌道向內快速運動,釋放巨大熱量而在致密天體周圍發出X射線。

  天文學家通過分析這些X射線雙星的觀測數據,便可對黑洞、中子星這樣的致密天體開展研究。硬X射線調制望遠鏡將重點觀測這種閃耀在銀河係中、相互糾纏共舞的雙星“伴侶”。

  張雙南介紹,宇宙中最明亮的X射線源,是銀河係中包含有黑洞或中子星等致密天體的X射線雙星。它們大部分都是變源,觀測其光度隨時間的變化,即時變,非常重要。

  張雙南説,雖然國際上已經發射了多顆X射線觀測衛星,但大部分是聚焦型望遠鏡。由于聚焦型望遠鏡觀測亮度很高的源時信號容易飽和,所以這些望遠鏡很難對亮度很高的源做詳細研究。而硬X射線調制望遠鏡設計獨特,它沒有鏡頭,信號不會飽和,探測器面積還很大,可以對亮的源做非常細致的研究,能夠觀測到亞毫秒級的時變。

  黑洞還有很多未知的神秘副本

  此外,在X射線雙星裏,致密星吸積伴星物質的許多具體細節仍有未解之處。比如吸積是如何進行的?X射線耀發時究竟發生了什麼?科學家期待“慧眼”能幫助解答。

  張雙南説,在吸積盤上越是靠近致密星,物質運動得越快,其溫度越高,産生的X射線能量也就越高。因此,當“慧眼”觀察吸積盤不同能段的時變,就能夠比較全面地掌握吸積盤的結構信息。從中就能理解在最極端的引力場中,物理規律將以何種面貌表現,進而掌握黑洞自轉情況等科學信息。(制圖:圖片由新華社記者賀萌手繪)

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【糾錯】 責任編輯: 楊婷
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