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“慧眼”巡天望银河 揭秘闪亮双星“伴侣”

2017-06-18 10:12 | 新华网 | 手机看国搜 | 打印 | 收藏 |评论 | 扫描到手机
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核心提示:是银河系中包含有黑洞或中子星等致密天体的X射线双星,需要通过X射线波段望远镜观测才能被发现,便可对黑洞、中子星这样的致密天体开展研究。

新华社北京6月17日电(记者喻菲 全晓书 屈婷)银河系内有着为数众多的黑洞和中子星,它们有的不发出可见光,有的被厚厚的尘埃所遮挡,需要通过X射线波段望远镜观测才能被发现。中国6月15日发射了首枚X射线太空望远镜“慧眼”,科学家将利用它巡视整个银河系中的X射线源。

由于“慧眼”有较大的视场,对银河系进行X射线巡天是它最重要的使命。它将对银河系的银道面、银心和核球进行大天区扫描巡天和监测。

“慧眼”首席科学家、中国科学院高能物理研究所粒子天体物理中心主任张双南说,“慧眼”具有独特的观测黑洞、中子星等高能天体的能力。希望能够通过它解开黑洞演化、中子星强磁场等剧烈天文过程中的种种谜团,研究极端引力和密度条件下的中子星物态,以及极端磁场条件下的物理规律,这些都是现代物理学有可能获得突破的重要方向。

科学家还不清楚黑洞的喷流是怎么产生的

“我们预期会发现一些新的黑洞活动,使我们可以研究的黑洞和中子星对象大大增加,也会带动地面上光学、射电望远镜对这些天体的观测。”张双南说。

遥望银河

张双南说:“与国际同类的X射线天文望远镜相比,我们的卫星探测面积大、能区宽、视场大,因此在探测比较亮的黑洞和中子星时就有优势,对银河系扫描的效率高。”

他介绍,“慧眼”的观测能段为1千至25万电子伏,能谱范围达250倍(通常光学望远镜不到2倍),可以在很宽的X射线波段内做精细研究,完成以前需要多颗卫星进行的观测任务。

张双南说,尽管其他国家已发射的同类卫星开展了巡天观测,发现了不少X射线源,但因为绝大多数X射线源都是变源,会不定期发生剧烈的耀发,不是一两次巡天就都能发现的。有些源可能一年出现几次,有些可能几十年才出现一次。

“新的巡天无论是发现新的X射线源,还是发现原有源的新活动,都是有意义的,能告诉我们很多关于源的信息。因此‘慧眼’将会反复开展巡天扫描,及时探测到银河系内天体源的耀发,探究这些天体活动的奥秘。”张双南说。

黑洞从一颗恒星吸积物质

“由于国外的卫星已经做过了很多全天的扫描,因此我们的重点是对银河系银道面扫描,因为银道面上的中子星和黑洞通常都是活动的、会变化的,任何时候观测都会有新的发现。”张双南说。

科学家介绍,X射线观测卫星是空间天文起步的领域。目前在轨运行的X射线天文卫星有7颗,但它们研究重点不一样。X射线天体源的种类很多,而每一个天体源都被不同的望远镜在不同时刻观测,因为用不同的仪器能看到它们不同的表现方面。

“天上黑洞、中子星那么多,但是现在还没有把哪一个彻底搞明白,所以会不断有卫星来对它们进行观测。”张双南说。

“慧眼”卫星有效载荷总师卢方军说,调制望远镜将对银道面进行经常性的扫描观测,一旦发现处于爆发态的源,就会对其进行高精度的定点观测,组织其他空间和地面望远镜对这些天体源进行多波段联合观测。

揭秘闪亮双星“伴侣”

科幻作家刘慈欣描绘的有三个太阳的“三体世界”在宇宙中其实并不罕见,绝大多数恒星都有“伴侣”,很多还不止一个,银河系三分之二的恒星都是聚星系统,像太阳这样孤独的恒星其实才是与众不同。

两颗星星因为引力纠缠在一起,相依相生,这样的系统叫双星系统。当双星系统中一颗大质量恒星在经历超新星爆发后形成中子星或黑洞这样的致密天体,它强大的引力会从另一颗星吸积物质,这些物质以漩涡状的轨道向内快速运动,释放巨大热量而在致密天体周围发出X射线。

天文学家通过分析这些X射线双星的观测数据,便可对黑洞、中子星这样的致密天体开展研究。硬X射线调制望远镜将重点观测这种闪耀在银河系中、相互纠缠共舞的双星“伴侣”。

张双南介绍,宇宙中最明亮的X射线源,是银河系中包含有黑洞或中子星等致密天体的X射线双星。它们大部分都是变源,观测其光度随时间的变化,即时变,非常重要。

张双南说,虽然国际上已经发射了多颗X射线观测卫星,但大部分是聚焦型望远镜。由于聚焦型望远镜观测亮度很高的源时信号容易饱和,所以这些望远镜很难对亮度很高的源做详细研究。而硬X射线调制望远镜设计独特,它没有镜头,信号不会饱和,探测器面积还很大,可以对亮的源做非常细致的研究,能够观测到亚毫秒级的时变。

黑洞还有很多未知的神秘副本

此外,在X射线双星里,致密星吸积伴星物质的许多具体细节仍有未解之处。比如吸积是如何进行的?X射线耀发时究竟发生了什么?科学家期待“慧眼”能帮助解答。

张双南说,在吸积盘上越是靠近致密星,物质运动得越快,其温度越高,产生的X射线能量也就越高。因此,当“慧眼”观察吸积盘不同能段的时变,就能够比较全面地掌握吸积盘的结构信息。从中就能理解在最极端的引力场中,物理规律将以何种面貌表现,进而掌握黑洞自转情况等科学信息。

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