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  • 科研動態

    中國科學家獲得國際上首批宇宙大視場X射線聚焦成像天圖

    發布時間:2022-08-27

      2022年8月27日,在太原舉行的第二屆中國空間科學大會上,來自中國科學院國家天文臺的研究人員發布了EP-WXT探路者的首批在軌實測結果。該設備是愛因斯坦探針(EP)衛星寬視場X射線望遠鏡(WXT)的一個實驗模塊,于北京時間2022年7月27日搭載由中科院微小衛星創新研究院抓總研制的空間新技術試驗衛星(SATech-01)發射升空。該項實驗旨在開展一系列在軌測試和觀測實驗,為未來EP衛星盡早開展科學運行奠定基礎。EP衛星是由中科院主導的衛星,歐洲空間局和德國馬普地外物理研究所參與合作,計劃于2023 年底發射。 

      該儀器采用了先進的微孔龍蝦眼X射線聚焦成像技術,觀測視場可達340平方度(18.6x18.6度),是國際上首個寬視場X射線聚焦成像望遠鏡。相比國際上其它X射線聚焦成像望遠鏡,其視場大小提高了100倍左右。截至目前,儀器已開展了為期4天的在軌測試觀測,成功獲得了一批天體的真實X射線實測圖像和能譜。這是國際上首次獲得并公開發布的寬視場X射線聚焦成像天圖。儀器的關鍵器件包括36片微孔龍蝦眼鏡片組成的X射線聚焦鏡組件和4片大陣列CMOS傳感器組成的焦面探測器,均為我國自主研發。這也是首次將CMOS傳感器應用于空間X射線天文探測。EP衛星將搭載12個相同的WXT望遠鏡模塊,總視場可達3600多平方度。 

      科學家利用該儀器首先觀測了銀河系中心天區(圖1)。結果顯示,單次觀測就能夠同時探測到多個方向上的X射線源,包含了恒星級質量黑洞和中子星。觀測也捕捉到一個X射線輻射增亮數倍的中子星X射線雙星(圖2左)。同時,從數據中還能獲得這些天體X射線輻射強度隨時間變化的信息,以及天體的X射線能譜。觀測結果與仿真結果(圖2右)相比高度一致。該儀器也觀測了銀河系的近鄰星系——大麥哲倫云(圖3),單次觀測即可覆蓋整個星系,同時探測到包含黑洞和中子星的多個X射線源。通過未來更多的觀測,寬視場望遠鏡將能高效地監測天體的X射線光變,預期將發現新的暫現源。圖4展示了對著名的天鵝座超新星遺跡的成像結果,表明了龍蝦眼望遠鏡對彌散源的成像能力。對超新星遺跡Cas A的觀測,則充分展示了CMOS探測器優秀的X射線能譜分辨率(圖5)。儀器還探測到距離8.14億光年的遙遠類星體的X射線,證明其對較暗弱的X射線源的探測能力(圖6)。 

      初步測試結果表明,儀器功能正常,為滿足EP寬視場望遠鏡的科學需求奠定了堅實的基礎。EP衛星首席科學家、中科院國家天文臺袁為民博士表示,“這些結果十分激動人心,表明我們的儀器能夠獲得預期科學數據,為此我們付出了十多年的努力。我對未EP的科學能力充滿信心“。國際上該領域著名專家,英國萊斯特大學P.O’Brien教授和R.Willingale教授表示:“EP探路者的首光結果令人印象深刻。這是第一個寬視場X射線聚焦望遠鏡,創造了一個新記錄。幾十年來,我們一直在期待一個真正的寬視場軟X射線望遠鏡,EP-WXT探路者的成功運行令人振奮。這項技術將對X射線天空的監測帶來變革性的推動,這項試驗也表明了EP衛星巨大的科學潛力?!?/span> 

      該儀器由中科院國家天文臺和中科院上海技術物理研究所聯合研制,國家天文臺X射線成像實驗室于2011年開始研發龍蝦眼X射線成像技術,與北方夜視技術股份有限公司開展密切合作,聯合研發核心微孔光學器件,器件由北方夜視提供。中科院國家空間科學中心和中科院電工研究所也參與儀器的研制。SATech-01是中科院空間新技術試驗衛星系列的首發星,由中科院立項。EP衛星由中科院空間科學(二期)戰略性先導專項支持,中科院國家空間科學中心是空間科學(二期)先導專項總體單位,衛星由中科院微小衛星創新研究院抓總研制?!?/span> 

       

      圖1:寬視場X射線望遠鏡模塊對銀河系中心天區單次觀測獲得的X射線圖像(視場18.6x18.6度)。背景為Gaia的光學全天圖像(銀河系Gaia圖片來自https://www.sci.news/astronomy/gaia-second-release-05950.html)。 

        

      2:對銀河系中心天區單次觀測獲得的X射線圖像(左圖)和仿真圖像(右圖),左右圖的觀測時長同為800秒,視場18.6x18.6度。(左圖中紅色標記的是捕捉到的一個變亮的中子星X射線雙星)。 

       

      3:左圖:近鄰星系大麥哲倫云的DSS光學圖像(https://archive.eso.org/dss/dss);右圖:寬視場X射線望遠鏡對大麥哲倫云進行700秒觀測后得到的X射線圖像(1個CMOS視場,9.3x9.3度)。 

       

      4:觀測到的天鵝座環狀星云(角直徑2.5 度)的X射線偽彩色圖(顏色代表光子的能量,紅色 0.3-0.6keV; 綠色 0.6-0.8 keV;藍色 0.8-2.0keV),觀測時長為600秒。 

       

      5:觀測到的超新星遺跡Cas A的X射線能譜,觀測時長為1100秒。分析表明能譜分辨率為150eV。 

       

      6:對遙遠的類星體 3C 382(紅移0.056,距離8.14億光年)的探測,表明儀器具有對較暗弱X射線源的探測能力。 

      


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