“爱因斯坦探测器”卫星科学瞄准X射线、黑洞、引力波

小夏 科学 更新 2024-01-31

1月9日下午,由中科院空间科学先导项目研制的新型空间科学卫星“爱因斯坦探测器”(Einstein Probe,EP)在西昌卫星发射中心成功发射。 负责“爱因斯坦探测器”卫星科学应用系统研制和建设的中国科学院国家天文台科研团队解释说,该卫星的科学目标主要包括发现宇宙中的X射线瞬变天体、探索黑洞耀斑和绘制黑洞分布图。 以及探索来自引力波源的X射线信号。

“爱因斯坦探测器”卫星在轨示意图。 图片由中国科学院国家天文台提供。

爱因斯坦探测器卫星的主要科学目标之一是发现宇宙中的X射线瞬态物体,并监测已知天体的活动,这些现象的性质和相关的物理机制。 “爱因斯坦探测器”卫星首席科学家、中国科学院国家天文台研究员袁伟民表示,天体辐射的变化主要表现在两大类:一类是临时源和爆发源,在时间和空间上都不合适,如超新星冲击暴、高红移伽马暴等, 特殊的伽马暴和X射线闪光、磁星、中子星双星、白矮星(灾难性变星)等;另一类是天体的连续辐射变化,如各种类型的活动星系核大质量黑洞、黑洞和中子星的X射线双星、灾难变星(恒星质量黑洞、其他致密天体)、极亮的X射线源等。

他表示,“爱因斯坦探测器”卫星的大视场可以监测更高采样频率的瞬态和喷发天体,可以获取大样本天体从秒到月的时间标量尺度的X射线流强度(光曲线)变化。 对于明亮的X射线源,还可以获得软X射线能谱及其随时间的长期变化,可以提高对天体X射线辐射变化规律和辐射机理的理解。 这些结果可用于测量天体的物理参数,发现新的时变现象和规律,进一步了解天体的性质、物理过程和演化。

“爱因斯坦探测器”卫星首席科学家助理、宽视场X射线望远镜光学系统负责人、中国科学院国家天文台研究员张晨表示,发现和探索宇宙中寂静黑洞的耀斑,绘制黑洞分布图,进一步了解其起源, 演化和物质吸积过程是“爱因斯坦探测器”卫星的另一个主要科学目标。

黑洞作为宇宙中最神秘的天体,对黑洞的探测和研究一直是天文学的重点,也是大众最感兴趣的方向之一。 根据质量的差异,黑洞可分为恒星黑洞、中等质量黑洞和大质量黑洞,这些黑洞本身并不发光,而是可以通过吸积周围物质释放引力能量来产生电磁辐射,主要被观测为活跃的星系核和黑洞X射线双星。 星系中心存在大质量甚至超大质量黑洞的想法现在被广泛接受,但只有大约10%的星系是活跃的,其余90%是安静的不活跃的,潮汐解体事件(TDE)为研究沉默黑洞提供了独特的探测器。

这些隐身的黑洞只能通过大视场或望远镜在喷发时迅速勘测天空来发现,而兼具大视场和高灵敏度的“爱因斯坦探测器”卫星是发现这些沉默黑洞的有力工具,它将现有样本扩大数量级, 并为绘制黑洞分布图以及进一步了解黑洞的起源、演化和物质吸积过程提供条件。

爱因斯坦探测器卫星的另一个科学目标是探索来自引力波源的X射线信号,以提高对极其紧凑的物体及其合并过程的理解。 “爱因斯坦探测器”卫星科学应用系统总工程师、中国科学院国家天文台研究员刘源表示,该卫星将利用其大视场、高灵敏度、快速响应性能的优势,对引力波源的X射线对应物进行搜索、跟踪观测和研究。

通过对引力波源电磁对应物的探测,提供引力波源的精确定位通过对电磁辐射能量、光谱和光变化的测量和研究,有助于识别引力波源的性质和引力波产生的物理过程,为研究其前身恒星的性质提供线索。 引力波测量可以直接给出光源的光度距离,而其电磁波对应物的检测可以测量红移,因此可以通过研究样本案例的红移-距离关系测量来研究引力波宇宙学,以检验宇宙学模型。

此外,“爱因斯坦探测器”卫星有望探测到理论上预测为双中子星合并产物的磁星驱动的X射线临时源,这将对限制双中子星合并产物和中子星方程的识别起到重要作用,为研究双中子星质量分布等天体物理问题提供重要的观测依据。 合并形成的新天体及其演化规律,以及合并弹丸的性质。(完)。

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