每日信息:中国科学家获得国际上首批宇宙大视场X射线聚焦成像天图

2022-08-27 22:40:00    来源:中国科学院国家天文台微信公众号    

2022年8月27日,在太原举行的第二届中国空间科学大会上,来自中国科学院国家天文台的研究人员发布了EP-WXT探路者的首批在轨实测结果。该设备是爱因斯坦探针(EP)卫星宽视场X射线望远镜(WXT)的一个实验模块,于北京时间2022年7月27日搭载由科院微小卫星创新研究院抓总研制的空间新技术试验卫星(SATech-01)发射升空。该项实验旨在开展一系列在轨测试和观测实验,为未来EP-WXT尽早开展科学运行奠定基础。EP卫星是由科院主导的卫星,欧洲空间局和德国马普地外物理研究所参与合作,计划于2023年底发射。

该仪器采用了先进的微孔龙虾眼X 射线聚焦成像技术,观测视场可达340平方度(18.6度x18.6度),是国际上首个宽视场X射线聚焦成像望远镜。相比国际上其它X射线聚焦成像望远镜,其视场大小提高了100倍左右。截至目前,仪器已开展了为期4天的在轨测试观测,成功获得了一批天体的真实X射线实测图像和能谱。这是国际上首次获得并公开发布的宽视场X射线聚焦成像天图。仪器的关键器件包括36片微孔龙虾眼镜片组成的X射线聚焦镜组件和4片大阵列CMOS传感器组成的焦面探测器,均为我国自主研发。这也是首次将CMOS传感器应用于空间X射线天文探测。EP卫星将搭载12个相同的WXT望远镜模块,总视场可达3600多平方度。


(资料图)

科学家利用该仪器首先观测了银河系中心天区(图1)。结果显示,单次观测就能够同时探测到多个方向上的X射线源,包含了恒星级质量黑洞和中子星。观测也捕捉到一个X射线辐射增亮数倍的中子星X射线双星(图2左)。同时,从数据中还能获得这些天体X射线辐射强度随时间变化的信息,以及天体的X 射线能谱。观测结果与仿真结果(图2右)相比高度一致。该仪器也观测了银河系的近邻星系——大麦哲伦云(图3),单次观测即可覆盖整个星系,同时探测到包含黑洞和中子星的多个X射线源。通过未来更多的观测,宽视场望远镜将能高效地监测天体的X射线光变,预期将发现新的暂现源。图4展示了对著名的天鹅座超新星遗迹的成像结果,表明了龙虾眼望远镜对弥散源的成像能力。对超新星遗迹Cas A的观测,则充分展示了CMOS探测器优秀的X射线能谱分辨率(图5)。仪器还探测到距离8.14亿光年的遥远类星体的X射线,证明其对较暗弱的X射线源的探测能力(图6)。

初步测试结果表明,仪器功能正常,为满足EP宽视场望远镜的科学需求奠定了坚实的基础。EP卫星首席科学家、科院国家天文台袁为民博士表示,“这些结果十分激动人心,表明我们的仪器能够获得预期科学数据,为此我们付出了十多年的努力。我对未EP的科学能力充满信心“。国际上该领域著名专家,英国莱斯特大学P. O’Brien教授和R. Willingale教授表示:“WXT的首光结果令人印象深刻。这是第一个宽视场X射线聚焦望远镜,创造了一个新记录。…… 几十年来,我们一直在期待一个真正的宽视场软X 射线望远镜,EP-WXT探路者的成功运行令人振奋。这项技术将对X射线天空的监测带来变革性的推动,这项试验也表明了EP卫星巨大的科学潜力。”

该仪器由科院国家天文台和科院上海技术物理研究所联合研制,国家天文台X射线成像实验室于2011年开始研发龙虾眼X射线成像技术,与北方夜视技术股份有限公司开展密切合作,联合研发核心微孔光学器件,器件由北方夜视提供。科院国家空间科学中心和科院电工研究所也参与仪器的研制。SATech-01是科院空间新技术试验卫星系列的首发星,由科院立项。EP卫星由科院空间科学(二期)战略性先导专项支持,科院国家空间科学中心是空间科学(二期)先导专项总体单位,卫星由科院微小卫星创新研究院抓总研制。

图1:宽视场 X射线望远镜模块对银河系中心天区单次观测获得的X射线图像(视场18.6度x18.6度)。背景为Gaia的光学全天图像(银河系Gaia图片来自https://www.sci.news/astronomy/gaia-second-release-05950.html)。

图2:对银河系中心天区单次观测获得的X射线图像(左图)和仿真图像(右图),左右图的观测时长同为800秒,视场18.6度x18.6度。(左图中红色标记的是捕捉到的一个变亮的中子星X射线双星)。

图 3:左图:近邻星系大麦哲伦云的DSS光学图像(https://archive.eso.org/dss/dss);右图:宽视场X射线望远镜对大麦哲伦云进行700秒观测后得到的X射线图像(1 个CMOS视场,9.3度x9.3度)。

图 4:观测到的天鹅座环状星云 (角直径2.5 度) 的X射线伪彩色图像(颜色代表光子的能量,红色 0.3-0.6 keV; 绿色 0.6-0.8 keV; 蓝色 0.8-2.0 keV),观测时长为600秒。

图 5:观测到的超新星遗迹Cas A的X射线能谱,观测时长为1100秒。分析表明能谱分辨率为150eV

图 6:对遥远的类星体3C 382(红移0.056,距离8.14亿光年)的探测,表明仪器具有对较暗弱X射线源的探测能力

[责任编辑:h001]
关键词: 宇宙大视场

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