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【中国科学报】两年观测千余次 发表论文十多篇“慧眼”卫星发布一批新成果

文章来源:中国科学报

更新时间:2019-11-29 12:50

 10月25日上午,在福建厦门召开的第一届中国空间科学大会新闻发布会上,以中国科学院高能物理研究所科学家为主的硬X射线调制望远镜卫星(又名“慧眼”)科研团队,发布了“慧眼”近期取得的一批新成果。

  这些成果中,有些发现了以前从未看到过的新现象,有些挑战或验证了现有理论模型,还有些为人类理解黑洞和中子星系统提供了新的线索。

  已发论文十余篇 

  X射线双星是由黑洞或中子星与一个正常恒星组成的双星系统。正常恒星的物质在强引力作用下落向黑洞或中子星,形成围绕黑洞和中子星高速转动的物质盘(吸积盘),并发出强烈的X射线辐射。X射线双星的快速光变和能谱是研究强引力场、强磁场,以及物质在强引力场和强磁场下的动力学过程和辐射过程的主要探针。

  “在物质旋转掉向黑洞和中子星的过程中,由于摩擦等原因,温度会越来越高,辐射的光子的能量也越来越高,在非常靠近黑洞和中子星的地方,还可能存在大量接近光速运动的带电粒子,物质甚至可能以接近光速向外喷射,因此可能辐射出很高能量的光子。”“慧眼”卫星系统有效载荷总设计师、中科院高能物理研究所研究员卢方军说。

  但“慧眼”不会被“亮瞎”。“慧眼”卫星搭载了高能X射线望远镜、中能X射线望远镜和低能X射线望远镜三种科学载荷和空间环境监测器。卢方军表示,和国外的X射线卫星相比,“慧眼”具有独特的研究天体多能段X射线快速光变的能力,使得人类可以研究迄今最接近黑洞或中子星区域的物质运动和辐射过程,开启了研究黑洞和中子星系统的新窗口。

  自2017年6月15日在酒泉卫星发射基地升空之后,“慧眼”已在轨运行两年多。两年来,“慧眼”开展各类观测1000余次,获得科学数据29Tb,成功监测了双中子星并合引力波事件电磁对应体,完成了脉冲星导航实验。科学工作团队已在国际主流天体物理杂志上发表(含接收)科学论文10余篇,更多重要成果正在审稿或成文的过程之中。

  五项重大成果获国际认可 

  此次发布的科学成果共有5项,体现在科研团队陆续发表的9篇论文中。

  卢方军介绍,“慧眼”卫星发现了黑洞系统中迄今为止最高能量的准周期振荡现象,开启了研究黑洞系统的新窗口。“‘慧眼’卫星发现,黑洞和中子星附近的物质发出的高能X射线存在强度的准周期变化,这是以前所有的天文望远镜都没有看到的。”

  “慧眼”卫星还在中子星X射线双星系统中发现了迄今为止最高能量的千赫兹准周期振荡。“长期以来,千赫兹准周期振荡起源模型被广为认可,‘慧眼’的这项发现,对该模型提出了严峻挑战。”卢方军说。

  此外,“慧眼”卫星首次观测到中子星X射线双星在流强位于特定值时吸积盘状态的突然变化,验证了已提出近半个世纪的光的辐射压导致吸积盘结构突变理论;首次观测到中子星表面单个热核暴的X射线光子“阵雨”对温度高达几亿度高温电子冕的快速冷却现象,为研究高温电子冕的辐射和形成机制提供了“独门”探针,并从单个热核暴观测到热核暴与吸积盘相互作用,为限制吸积盘最内半径提供了新的手段;确定了著名的中子星X射线双星武仙座X-1的回旋吸收线能量不再下降,为理解中子星的性质提供了新的观测依据。

  卢方军介绍,这些科研成果发表在《天体物理学杂志》《英国皇家天文学会月刊》等杂志上,审稿过程普遍很快。例如,“慧眼”卫星在观测热核聚变暴方面的成果投到了《天体物理学杂志》,从投出到接收一共只用了11天时间。论文匿名评审专家在评审意见中写道:“这是一项令人兴奋的、及时的成果。”

   “继任者”已进入方案设计阶段 

  中科院高能物理研究所李惕碚、吴枚等在1993年提出硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星项目并开始预研。2011年3月,国家正式批准立项。2017年6月15日,卫星发射上天后,被命名为“慧眼”。

  2018年1月31日,“慧眼”卫星正式交付使用。“现在‘慧眼’的运行情况非常好。”卢方军说。

  “慧眼”卫星是我国第一颗X射线天文卫星,由国家民用航天科研经费和中科院空间科学先导专项共同支持。中科院高能物理研究所负责卫星有效载荷、地面应用系统和科学研究工作,航天科技集团公司五院为卫星总体单位,清华大学为卫星有效载荷和地面应用系统联合承研单位,参加“慧眼”卫星工程的还有中国科学院国家空间科学中心、北京师范大学等。德国杜宾根大学等国外合作单位也参加了“慧眼”卫星的科学研究工作,并做出重要贡献。

  2018年初,中科院国家空间科学中心在北京启动了增强型X射线时变与偏振空间天文台(英文简称eXTP),被认为是“慧眼”卫星的继任者。

  卢方军介绍,eXTP卫星项目已经进入了方案设计阶段,前不久,中科院正式批复了eXTP卫星项目重大背景型号研究课题。在中科院空间科学先导专项(二期)的支持下,eXTP卫星项目获得了4.3亿元经费,开展方案设计等工作。和“慧眼”卫星不同,eXTP是大的国际合作项目,卫星规模比“慧眼”更大。

  (原载于《中国科学报》 2019-10-28 第1版 要闻)