愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星：做宇宙“焰火”的“最強(qiáng)瞭望者”

倪思潔

4月27日，在2024中關(guān)村論壇年會(huì)平行論壇空間科學(xué)論壇上，由中國(guó)科學(xué)院牽頭實(shí)施的愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星任務(wù)發(fā)布了首批在軌科學(xué)探測(cè)圖像。

愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星于2024年1月9日發(fā)射入軌，是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)（二期）先導(dǎo)專項(xiàng)立項(xiàng)實(shí)施的空間科學(xué)衛(wèi)星系列任務(wù)之一。該衛(wèi)星由中方主導(dǎo)，歐洲航天局、德國(guó)馬普地外物理研究所、法國(guó)航天局以國(guó)際合作形式參與衛(wèi)星研制，旨在發(fā)現(xiàn)和探索宇宙中X射線暫現(xiàn)源和爆發(fā)天體，并發(fā)布預(yù)警以引導(dǎo)其他天文設(shè)備進(jìn)行后隨跟蹤觀測(cè)。

愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員袁為民介紹，衛(wèi)星自發(fā)射入軌以來(lái)，兩臺(tái)有效載荷——寬視場(chǎng)X射線望遠(yuǎn)鏡（WXT）和后隨X射線望遠(yuǎn)鏡（FXT）獲取了多組宇宙天體的X射線科學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

“我們已探測(cè)到已知X射線源2100例、新暫現(xiàn)源17例、恒星耀發(fā)168例，并發(fā)布全球電報(bào)10余條，引導(dǎo)國(guó)際上多個(gè)光學(xué)和射電望遠(yuǎn)鏡、空間X射線天文臺(tái)開(kāi)展了后隨觀測(cè)。”袁為民說(shuō)。

1、捕捉宇宙“焰火”，首批發(fā)布11幅圖像

發(fā)布的第一批圖像共包括11張圖，如銀河系中心的觀測(cè)圖像、暫現(xiàn)源圖像、蟹狀星云觀測(cè)圖像、梅西耶87（M87）橢圓星系觀測(cè)圖像等。

袁為民介紹，銀河系中心的觀測(cè)圖像展示的是WXT指向銀河系中心的觀測(cè)圖像，曝光時(shí)間約4萬(wàn)秒。幾乎所有明亮的X射線天體都能在圖中分辨出來(lái)，紫色的十字形光斑由龍蝦眼X射線望遠(yuǎn)鏡拍攝成像，藍(lán)色云霧狀結(jié)構(gòu)來(lái)自銀河系熱氣體的前景輻射。

暫現(xiàn)源圖像展示的是伽馬射線暴候選體（EP240219a），它是WXT最早發(fā)現(xiàn)的若干暫現(xiàn)源之一，也是愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)第一個(gè)在天文學(xué)家電報(bào)平臺(tái)上發(fā)布的暫現(xiàn)源。該伽馬射線暴于2024年2月19日在WXT視野中突然出現(xiàn)，持續(xù)約100秒后消失。

蟹狀星云觀測(cè)圖像展示的是FXT于2024年2月28日觀測(cè)到的蟹狀星云。蟹狀星云是著名的超新星遺跡，其前身星爆發(fā)于1054年，中國(guó)宋代天文學(xué)家觀測(cè)到并詳細(xì)記載了這一事件。

M87橢圓星系觀測(cè)圖像展示的是FXT在X射線能段觀測(cè)到的室女星系團(tuán)中明亮的M87。M87內(nèi)存在大量彌散的熱氣體，其中心有一個(gè)大質(zhì)量黑洞，產(chǎn)生的噴流把中心區(qū)域的冷氣體帶出來(lái)，形成了臂的形狀，在FXT的圖像中能夠清晰地看到此結(jié)構(gòu)。同時(shí)在M87外圍，還可清楚地觀測(cè)到亮度階躍變化的冷鋒。

“愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星就是用于捕捉這些轉(zhuǎn)瞬即逝的宇宙‘焰火并發(fā)布預(yù)警，引導(dǎo)其他天文設(shè)備進(jìn)行后隨跟蹤觀測(cè)。”袁為民說(shuō)。

2、實(shí)時(shí)發(fā)布預(yù)警，指引全球跟蹤觀測(cè)

“我們首批發(fā)布的圖像是在軌探測(cè)圖像而非科學(xué)成果，但它們證明了愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星能夠以很高的靈敏度尋找暫現(xiàn)源。”愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星首席科學(xué)家助理張臣說(shuō)。

暫現(xiàn)源研究一直都是天文學(xué)熱門領(lǐng)域，它與很多極端天體活動(dòng)相關(guān)。例如，星系死亡瞬間、黑洞或致密星體周圍，引力場(chǎng)非常強(qiáng)，有很高能的活動(dòng)，會(huì)將周圍的物質(zhì)加速到很熱的狀態(tài)，并發(fā)出大量X射線，其中包含很多物理過(guò)程。研究這些極端現(xiàn)象，對(duì)物理學(xué)會(huì)產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用。

“愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星的核心科學(xué)目標(biāo)之一，就是以最高探測(cè)靈敏度系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)宇宙X射線暫現(xiàn)源和劇變天體，監(jiān)測(cè)天體活動(dòng)。”袁為民說(shuō)。

目前，愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星探測(cè)到的新暫現(xiàn)源具有不同的起源類型，有潮汐瓦解恒星事件、伽馬射線暴、新的磁激變變星、新的X射線雙星等，觀測(cè)結(jié)果得到了國(guó)際同行的高度認(rèn)可和關(guān)注，為國(guó)內(nèi)外地面和空間望遠(yuǎn)鏡協(xié)同觀測(cè)提供了重要指引。

張臣告訴筆者，愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星會(huì)在天文學(xué)家電報(bào)等天文學(xué)界信息共享平臺(tái)上實(shí)時(shí)發(fā)布觀測(cè)消息。目前，雨燕衛(wèi)星、錢德拉X射線天文臺(tái)、牛頓衛(wèi)星等衛(wèi)星觀測(cè)平臺(tái)以及凱克望遠(yuǎn)鏡等地面觀測(cè)平臺(tái)，都在愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星發(fā)布消息后開(kāi)展過(guò)跟蹤觀測(cè)，同時(shí)，愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星也在與“慧眼”衛(wèi)星、“懷柔一號(hào)”衛(wèi)星等國(guó)內(nèi)衛(wèi)星開(kāi)展聯(lián)合觀測(cè)。

袁為民介紹，4月25日——愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星發(fā)射107天，衛(wèi)星科學(xué)團(tuán)隊(duì)撰寫的第一篇論文已經(jīng)投稿，該論文內(nèi)容涉及高紅移伽馬射線暴EP240315a。

3、即將完成在軌測(cè)試

袁為民介紹，現(xiàn)有測(cè)試結(jié)果表明，衛(wèi)星和載荷功能性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)要求。下一階段，衛(wèi)星將繼續(xù)按照既定計(jì)劃開(kāi)展并完成在軌測(cè)試。

中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員張雙南評(píng)價(jià)，愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星是“中國(guó)的驕傲”，它實(shí)現(xiàn)了“廣、快、準(zhǔn)、深”，可以開(kāi)展大范圍巡天觀測(cè)，能夠以高靈敏度探測(cè)暫現(xiàn)源，能夠提供每一個(gè)爆發(fā)現(xiàn)象的精確信息，比國(guó)際同類望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)深度高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，有望揭開(kāi)宇宙變化多端的神秘面紗。

德國(guó)馬普地外物理研究所所長(zhǎng)基帕爾·南德拉認(rèn)為，愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星非常成功，探測(cè)能力很強(qiáng)，迄今發(fā)現(xiàn)了很多不同的暫現(xiàn)源，這些都是有待進(jìn)一步探索的領(lǐng)域，“全世界都在關(guān)注這項(xiàng)任務(wù)以及它能做的偉大的科學(xué)探測(cè)”。

“我們正在按照既定觀測(cè)計(jì)劃巡天，期待看到更多的暫現(xiàn)源，同時(shí)，我們已經(jīng)接受科學(xué)家的觀測(cè)申請(qǐng)并開(kāi)展定點(diǎn)觀測(cè)。接下來(lái)的兩個(gè)月里，我們還要做標(biāo)定觀測(cè)，待標(biāo)定觀測(cè)結(jié)束后，將完成衛(wèi)星在軌交付，并按照既定計(jì)劃開(kāi)展科學(xué)觀測(cè)。”張臣說(shuō)。

近日，愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星正全力投入尋找引力波事件中。美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)疑似黑洞與中子星的并合事件，目前，世界上所有的大型望遠(yuǎn)鏡都在尋找這一事件，希望能夠看到一些新的物理現(xiàn)象。

“我們將加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外合作和數(shù)據(jù)開(kāi)放共享工作，探測(cè)宇宙中轉(zhuǎn)瞬即逝的‘焰火，為高能時(shí)域天文觀測(cè)和研究作出重要貢獻(xiàn)。”袁為民說(shuō)。