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    “慧眼”衛星又出新成果,科學儀器助力天文學研究

    2021-03-08

           導讀: 近日,中國科學院高能物理研究所“慧眼”衛星團隊通過對X射線吸積脈沖星的詳細觀測,采用直接測量的方法得出其表面磁場強度約為10億特斯拉。
      
      近日,中科院消息顯示,中國科學院高能物理研究所“慧眼”衛星團隊通過對X射線吸積脈沖星的詳細觀測,采用直接測量的方法得出其表面磁場強度約為10億特斯拉。
      
      據了解,2017年6月15日,我國在酒泉衛星發射中心采用長征四號乙運載火箭,成功發射首顆X射線空間天文衛星“慧眼”。與國外X射線衛星相比,具有覆蓋能段寬、在高能X射線能段的有效面積最大、時間分辨率高、探測死時間很小、觀測強源沒有光子堆積效應等突出優點,因此具有探測高能量回旋吸收線的獨特能力。
      
      2018年1月30日,中國首顆X射線天文衛星慧眼正式交付,投入使用?;垩坌l星工程是研究黑洞、中子星等致密天體前沿問題的自主創新重大空間科學項目,該星的投入使用使中國高能天文研究進入空間觀測的新階段,對提高中國在空間科學領域的國際地位和影響力具有重要意義。
      
      除了本次探測的成果外,“慧眼”衛星在軌運行期間已經產出了多項科技成果。比如,2019年8月,中國科學院高能物理所的科學家利用慧眼衛星上X射線望遠鏡開展了X射線脈沖星導航實驗,定位精度達到10 km之內(3倍標準偏差),進一步驗證了航天器利用脈沖星自主導航的可行性,為未來在深空中的實際應用奠定了基礎。2020年9月21日,《自然-天文學》在線發表"慧眼"(HXMT)衛星最新觀測結果 :在高于200千電子伏特(ke V)的能段發現黑洞雙星系統的低頻準周期振蕩(quasi-periodic oscillation,QPO),這是迄今為止發現的能量最高的低頻QPO現象。
      
      這些科學成果的產出,離不開科學儀器的幫助,而“慧眼”衛星作為我國自主研發的空間X射線天文望遠鏡—硬X射線調制望遠鏡更是裝載了高能、中能、低能X射線望遠鏡和空間環境監測器,可觀測宇宙中的X射線和伽瑪射線。
      
      X射線望遠鏡(X-ray telescope)是為了探測地球大氣層以外的源所發射的X射線,并把X射線分辨為一個圖象而設計的一種儀器。由于大氣吸收,所以X射線望遠鏡必須用氣球、火箭或空間運載工具帶到高空。氣球運載的探測器用于探測穿透能力較強的(硬的)X射線,而火箭和衛星則用于在更高的高度上探測軟的X射線。因為天體X射線源都是遠而弱的,這些探測器通常都要有大的集光面積和高的效率,以便在宇宙射線引起的背景上探測到X射線。
      
      慧眼”衛星(硬X射線調制望遠鏡,Hard X-ray Modulation Telescope,簡稱Insight-HXMT)是我國科研工作者利用上世紀90年代由李惕碚和吳枚提出的直接解調方法自主研發的第一臺空間X射線天文望遠鏡。低能X射線望遠鏡(Low Energy X-ray Telescope,簡稱LE)是“慧眼”衛星的有效載荷的重要組成之一。其選用半導體探測器CCD236,總有效面積為384cm2,具有較高的時間響應和能量分辨,滿足對低能X射線天體的光變和能譜研究的要求。對天體源能譜開展研究,首先需要獲得探測器的能量響應,利用探測器的能量響應和實際觀測能譜,依靠天文數據處理軟件算法來得到天體源的實際發射能譜。
      
      硬X射線望遠鏡衛星(HXMT)應用直接解調成像方法,實現了寬波段X射線(1-250keV)成像巡天,其中20-250keV的巡天具有世界最高的靈敏度和空間分辨率。HXMT實現了高靈敏度的全天巡天,分解宇宙X射線背景。中能X射線望遠鏡(ME)是硬X射線調制望遠鏡(HXMT)衛星有效載荷的分系統,其基本功能是進行5-30keV能區的巡天以及定點觀測。ME可以有效填補HXMT高能X射線望遠鏡HE和低能X射線望遠鏡LE的能量覆蓋空缺,可以與HE、LE一起測量天體的全波段X射線能譜和多波段時變特性。
      
      星載空間環境監測器為星上科學任務開展提供背景輻射實測資料。該監測器采用固體探測器望遠鏡系統和扇形陣列全新組合設計,可獲取軌道空間高能質子和高能電子能譜、方向綜合動態結果,給出更為全面的粒子輻射分布圖像。
      
      在“慧眼”衛星的成功發射后,2018年3月,中科院啟動了增強型X射線時變與偏振天文臺背景型號研究項目(enhanced X-ray Timing and Polarimetry mission,簡稱eXTP)。eXTP空間天文臺的實施將使我國空間X射線天文學的研究進入國際領先行列。
      
      據了解,2007年,中科院高能所提出X射線時變與偏振探測(XTP)衛星概念,作為硬X射線調制望遠鏡(HXMT)衛星的后續項目。2009年,XTP關鍵技術攻關獲得中科院空間科學預先研究項目重點支持,2012年,XTP被遴選為中科院空間科學一期先導專項(第一批)背景型號衛星項目。2017年,eXTP獲得中科院空間科學二期先導專項背景型號支持。
      
      而eXTP衛星更是裝載了能譜測量X射線聚焦望遠鏡陣列(SFA)、偏振測量X射線聚焦望遠鏡陣列(PFA)、大面積X射線準直望遠鏡(LAD)和廣角監視器(WFM)四種有效載荷,預計衛星總重約4.5噸,將運行在低傾角近地軌道上,計劃在2025年前發射,重點研究黑洞和中子星等極端天體的核心科學問題,成為在2025-2035年間在該領域國際領先的旗艦級X射線空間天文臺。
       
      [來源:儀器信息網]

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