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乘风破浪的望远镜,飞到150万公里外,带你看X射线眼中的宇宙

2020/7/24 21:54:15 来源:原创 浏览:

我们曾多次被头顶浩瀚的星空所震撼,感慨于它的美丽壮观。可是,我们的双眼只能看见宇宙的一面。借助现代的射电望远镜,宇宙向我们展示了更加宏伟壮阔的一面……

(图片说明:不同波段电磁波看到的创生之柱,左图为可见光,右侧为X射线)

人类的“短浅”目光

几亿年前,动物的祖先演化出了一种神奇的器官——眼睛。通过眼睛,动物可以接收来自周围环境的光线。可是,我们的眼睛并不完美,它有着很大的缺陷,那就是只能看到电磁波中非常狭窄的一段——可见光

这是因为,对可见光的感受就足以让动物在自然界生存了。那些远古生物也想不到,未来会有一种叫做人类的生物,居然想要去研究宇宙,看看不一样的星空。

(图片说明:钱德拉X射线望远镜升空20周年发布的经典图片)

我们知道,宇宙中的天体不仅仅会释放出可见光,还会发出红外线、紫外线、X射线等许多波段的电磁波。我们的眼睛虽然看不到它们,但是借助现代的射电望远镜,已经可以很好地捕捉这些电磁波了。而且,由于不同天体在可见光和X射线波段发射的光有所不同,而两种波段的电磁波又有着不同的性质,所以它们所展现出来的,是完全不同的两种宇宙面貌。

那么,如果你有一双X射线的眼睛,将会看到怎样的夜空呢?

观测宇宙的“第三只眼”

为了看到X射线眼中的世界,科学家发射了许多X射线望远镜,比如NASA的钱德拉太空望远镜、欧空局的XMM-牛顿天文台等等。由于地球大气层对X射线的屏蔽作用,这些X射线望远镜都必须发射到太空才能进行观测。

(图片说明:光谱-RG(Spektr-RG)天文物理空间观测站)

显然,科学家不会满足于此。2019年,俄罗斯也发射了他们的光谱-RG(Spektr-RG)天文物理空间观测站。和以前的设备不同,它的主要目的不只是观测一些单独的天体,而是巡视全天,在X射线波段对宇宙进行最深入的全面观测。

2019年7月13日,光谱-RG天文物理空间观测站在哈萨克斯坦的拜科努尔基地发射升空。和明年将要升空的詹姆斯韦伯太空望远镜一样,光谱-RG天文物理空间观测站也被安置在150万公里以外的日地拉格朗日L2点上,严格保持着和地球同步的运行。

(图片说明:拉格朗日点示意图,航天器在这些点上可以严格遵从于地球同步绕太阳公转)

光谱-RG天文物理空间观测站承载了两台设备,其一是俄罗斯的ART-XC望远镜,另一个是德国的eROSITA,后者是这次观测的主力。该望远镜由7个相同的Wolter型镜面模块54个嵌套式镀金镜面组成,可以高效收集高能X射线光子,并将其引导到eROSITA 的X射线敏感相机上。

(图片说明:eROSITA望远镜)

(图片说明:七面镜片背后的X射线检测设备)

最近一年的时间里,eROSITA一共收集了182天的数据,每次曝光时间在150-200秒之间,获得了165Gb的宝贵资料。负责该项目的科学家每天都要连接卫星,下载新的数据以便整合和处理。据了解,光谱-RG天文物理空间观测站将要在太空中服役7年的时间,一共完成对全天共计8次的观测,最终绘制出一幅史无前例的高分辨率X射线全天图。

最完整的X射线全天图

此前,世界上唯一一张X射线全天图来自于德国的ROSAT卫星。不过那已经是上个世纪90年代的事了,而且当时的观测精度也非常有限。如今的eROSITAX射线望远镜已经完成了巨大的突破,不仅观测深度达到了ROSAT的4倍,灵敏度也提高了近25倍。

(图片说明:ROSAT和光谱-RG天文物理空间观测站拍摄的X射线全天图对比)

2019年7月发射至今,该观测站已经几乎整整升空一年的时间,也终于在前不久完成了第一次全天勘测。经历了第一次全天勘测,科学家们绘制了一张包含100多万个明亮X射线天体的地图,这比之前60年时间里所有这种天体的总数还多了一倍。

马克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)eROSITA首席研究员天体物理学家Peter Predehl兴奋地介绍说:“这幅全天图彻底改变了我们对高能宇宙的观测方式,我们看到了如此丰富的细节——壮丽的图像令人叹为观止。”

(图片说明:MPE发布的X射线全天图)

对于这张图,天文学家们已经期待很久了。MPE的天体物理学家Mara Salvato喜悦之情溢于言表:“我们全都急切地盼望着eROSITA第一张全天图的出炉,天空中很大范围的区域内都被长波段所覆盖,如今我们终于有了能够匹配的X射线数据,我们需要其他相关的研究来识别这些X射线源,并且了解它们的特点。”

X射线眼中的宇宙

那么,这张图中究竟向我们传达了哪些信息呢?

(图片说明:eROSITA拍摄的船底座超新星遗迹)

  • 科学家指出:本地图中有77%的X射线源都是宇宙中的超大质量黑洞,其中一部分的规模甚至更大,发展成了活跃星系核。周围物质在被黑洞的强大引力吞噬下落过程中,由于能量升高,导致释放出X射线,最终被我们检测到。
  • 还有20%左右的比例,来自于银河系内部。它们基本上都来自于一些非常狂暴的恒星,拥有着温度极高、磁场极强的日冕层

(图片说明:夏普利超星系团中的X射线源)

  • 另外,有2%的X射线源是一些星系团,它们之间的星际尘埃和气体在相互作用的强大引力作用下,发出了X射线。
  • 最后的1%,则是由各种各样罕见的天体或宇宙现象产生的,如X射线双星超新星遗迹或者恒星被黑洞撕裂等情况下产生的明亮光线

总结

MPE的天体物理学家Kirpal Nandra表示:“eROSITA在短短6个月的时间里就对100万个光源进行了观测,彻底改变了X射线天文学,但这只是对未来观测的一次抛砖引玉。”

(图片说明:MPE的天文学家捕捉到的瞬时X射线爆发)

就像我们说的,eROSITA将会在7年的时间里完成8次全天巡视,接下来的5年半时间里,它还将进行余下的7次观测。他们预计将对300个活跃星系核10万个星系团以及银河系内70万颗恒星进行观测,并将这些观测结果整合起来,绘制成一幅史无前例的高分辨率全天图。

Nandra还说,eROSITA未来甚至有望拍摄到宇宙第一批巨型结构超大质量黑洞形成的时期,向我们展示宇宙诞生的历程。届时,我们对宇宙诞生理论也将有更加完整的认识,年轻的宇宙将会揭开神秘的面纱,让我们一睹真容。

看看网友怎么说

东北山炮2:慧眼[加油][ok][鼓掌]

未设置昵称9999268478250:科学家成就前无古人后无来者。y=x3+2x+1我从哪里来要到哪里去

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