“天關”衛星發布首批科學成果，捕捉南方朱雀客星將有新突破

10月31日，愛因斯坦探針（Einstein Probe）衛星（“天關”衛星）在軌交付儀式暨成果發布會在中國科學院國家空間科學中心舉行。自2024年1月9日成功發射以來，“天關”衛星探測到多種類型的暫現天體，并捕捉到幾例可能的新類型暫現源，成功獲取了由中國自主研制設備觀測到的首張全天X射線天圖，標志著中國X射線時域天文領域進入了新的時代。

“天關”衛星獲得的首個X射線全天天圖（銀道坐標系）。中國科學院供圖

“天關”衛星正式在軌交付給中國科學院國家天文臺等使用

今年是中國科學院建院75周年，長期以來，中國科學院發揮體系化建制化優勢和國家戰略科技力量的骨干引領作用，在2011年發起了空間科學先導專項，發射了一系列的科學衛星，初步形成了以“悟空”號、“墨子”號等為代表的我國空間科學衛星系列，推動我國空間科學進入創新發展的“快車道”。

“天關”衛星是中國科學院空間科學（二期）戰略性先導科技專項立項并實施的空間科學衛星系列任務之一，于2024年1月9日發射升空，并于同年7月起開展常規的科學運行。

據“天關”衛星首席科學家、國家天文臺研究員袁為民介紹，愛因斯坦探針衛星命名為“天關”衛星。“天關”源于我國北宋至和元年（公元1054年）司天監觀測并記錄的“天關客星”超新星爆發（SN1054）。它作為人類歷史上最重要的天文事件之一，被世界科技史界稱為“中國新星”，其遺骸形成的蟹狀星云是國際天文屆廣泛引用的《梅西耶星表》（1771）中的第一號天體（M1）。將愛因斯坦探針衛星命名為“天關”衛星，體現了中國在超新星爆發觀測記錄方面的深厚淵源和對世界天文學的卓越貢獻。

“天關”衛星是面向時域天文學的發現型X射線天文探測衛星。什么是時域天文學？袁為民說，天文學就是研究宇宙中的天體隨時間演化的過程。“我們平時看到的天空似乎是很寧靜的，這是一種錯覺。所有的天體在各種各樣的尺度上都是演化和變化的。有一類天體變化非常快，比如在不到一秒鐘內，就會從出現到消失，有些在天、月、年的時間長度發生非常劇烈的變化。”他說，對這種隨著時間有非常顯著變化的天體的研究就是時域天文學。

據他介紹，科研人員了解宇宙天體的信息主要通過電磁波輻射等，電磁波橫跨非常多的波段，如無線電波、紅外波、X射線、伽馬射線等。“在不同的波段對宇宙天體進行觀測，才能夠對宇宙的物理過程有全面的了解，軟X射線是一個非常重要的波段，這個波段的觀測從技術上來說非常困難，長期以來，這一波段在大視場全天監測方面是空缺的。

“天關”衛星利用軟X射線這一新的監測窗口，開展高靈敏度實時動態時域巡天監測，旨在發現和探索宇宙中的X射線暫現源和爆發天體，并發布預警以引導其他天文設備進行后隨跟蹤觀測。

在解釋暫現源時，他說，宇宙中有一類天體，出現后會很快消失，持續時間非常短，可能不到一秒，也可能幾年，而不是常在天空中駐守的，這類天體就叫做暫現源天體，在中國古代叫做“客星”，比如大家熟悉的蟹狀星云， 就是北宋至和元年（公元1054年）司天監發現的“天關客星”超新星爆發后的遺跡。

“暫現源天體往往來自非常極端的物理過程，研究它們是可以了解極端條件下的物理規律。”他說，暫現源天體還可以用來研究恒星的形成演化，比如一個恒星突然坍縮形成了一個新的天體，比如中子星或者黑洞。另外暫現源天體還可以作為探測宇宙的探針，暫現源天體非常明亮，比如伽馬射線暴或者超新星，可以用這些明亮的輻射信號來研究宇宙本身。

衛星上配備寬視場X射線望遠鏡（WXT）和后隨X射線望遠鏡（FXT），在為期半年的在軌測試中表現出色，性能超出設計預期。與國際上現有的同領域設備相比，“天關”衛星的探測靈敏度和空間分辨率提高了一個數量級以上。其中寬視場X射線望遠鏡，是國際上首次實現在軌應用的大視場“龍蝦眼”望遠鏡。

當天，相關單位簽署了衛星在軌交付使用證書和委托書，衛星正式在軌交付給中國科學院國家天文臺等科學用戶使用。

已成功探測到60例確定的暫現天體

據衛星系統總師、中國科學院微小衛星創新研究院副院長張永合介紹，衛星自2024年1月發射起至9月，已成功探測到60例確定的暫現天體、上千例暫現天體候選體，以及480多例恒星耀發，探測到上百例已知天體的爆發，向國際天文界發送了100多條天文警報，引導了國際上地面和空間多波段設備的后隨觀測。

“天關”衛星探測到的X射線暫現天體種類豐富，涉及恒星、白矮星、中子星、各種質量類型的黑洞、伽馬射線暴、超新星等，輻射持續時長覆蓋了從幾十秒到幾個月的范圍，跨越了6個數量級。

在銀河系內，“天關”衛星發現了多個新的暫現源，其中一個可能是新的恒星級黑洞候選體或中子星，被命名為EP240904a。它還發現了位于雙星系統中的多個新的中子星和白矮星，并監測到多個已知黑洞、中子星和白矮星雙星系統的爆發。

“天關”衛星的視野不僅限于銀河系。在小麥哲倫云中，它探測到一個新的爆發源，研究表明其產生于一個非常罕見的白矮星與Be星組成的雙星系統。在更遠的宇宙中，衛星發現了一例正在發生的中等質量黑洞潮汐瓦解恒星事件（當一顆恒星因過于靠近大質量黑洞而被撕裂）EP240222a，實現了我國自主天文觀測設備在該領域“零的突破”。

“天關”衛星探測到了約40例來自宇宙深處的快速暫現天體。令人驚奇的是，只有少部分是最常見的快速暫現天體——伽馬射線暴，而其余大部分則沒有伽馬射線輻射或相對偏弱，部分有可能來自其他新的暫現天體類型。“天關”衛星探路者LEIA（一個WXT鑒定件模塊）捕捉到的LXT230307a，很可能來自罕見的雙中子星并合所產生的大質量中子星的X射線輻射。

“天關”衛星探測到的最遠天體是來自256億光年之外的伽馬射線暴EP240315a。這一發現表明了衛星探測來自遙遠的早期宇宙伽瑪射線暴的能力，也為進一步理解恒星坍縮產生黑洞及相對論性噴流的物理過程提供了新的視角。該項工作是由“天關”科學團隊主導，聯合了國際上包括多個空間和地面多波段設備的龐大國際合作團隊共同完成的。這不僅體現了“天關”衛星在時域天文領域的引領作用，也彰顯了其國際影響力。

發現南方朱雀客星，或為全新類型暫現天體

2024年4月8日，“天關”衛星發現一例暫現天體EP240408a，并記錄了其X射線的一次劇烈爆發。此次爆發的亮度增強了300倍，持續了僅12秒。隨后，該X射線天體在大約10天后消失。EP240408a在古代星圖上處于南方朱雀七宿的天區范圍內，因此被命名為“南方朱雀客星”。

袁為民說，此類中等時標的暫現源在以往的觀測中很少出現。該天體的光譜和時變特征與目前已知的天體類型均不完全一致，表明它可能屬于一種前所未知的暫現天體類別。

“這一發現對于拓展我們對宇宙暫現天體族群的認識以及理解極端物理過程具有重要的科學價值。”該成果作為“天關”團隊首篇正式發表的科學論文，于北京時間10月30日在《中國科學：物理學 力學 天文學》（SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy）期刊在線發表。

“天關”衛星首例正式發表成果EP240408a——“南方朱雀客星”。中國科學院供圖

袁為民表示，EP240408a的發現可能預示著一類全新的暫現源類型。其輻射集中在X射線，且較為暗弱，持續時間只有10天左右，很難被其他X射線和其他波段的望遠鏡探測到。后續，科研人員將利用國際上各個波段的望遠鏡對其進行更詳盡的跟蹤研究，獲得其更多的物理信息，理解它真實的物理起源和物理過程。

“‘天關’衛星早期的這些發現表明，我們之前所認識的暫現天體可能只是冰山一角。這些發現對于我們研究宇宙中的極端天體及其物理過程的多樣性具有重要意義。我們將這一創新成果發表在中國的期刊上，也更加彰顯了在人類探索宇宙征程中的中國貢獻。”

除了暫現天體以外，“天關”衛星還觀測了其他豐富的天體類型，包括我們所在的太陽系內的月球、木星和土星、寧靜狀態下的恒星、銀河系與近鄰星系中的致密天體和超新星遺跡、一直到遙遠星系中的超大質量黑洞和相對論性噴流、星系團等。

“天關”衛星項目由中國科學院主導，歐洲空間局（ESA）、馬普地外物理研究所（MPE）和法國國家空間研究中心（CNES）參與研制。

英國萊斯特大學物理與天文學院教授保羅·奧布萊恩給袁為民發來郵件評價到，愛因斯坦探針衛星已經充分證明了寬視場X射線天文學的重要性。其強大的巡天和后隨觀測能力不僅使得人類能夠發現眾多新的X射線暫現源，還能對已知的X射線源進行常規監測。“最近，愛因斯坦探針衛星又發現了一個奇特的源——EP241021a，其確切的起源尚未明確。這個源具有伽瑪射線暴GRB的特征，同時也與黑洞潮汐瓦解事件有相似之處。這兩個例子只是愛因斯坦探針衛星眾多科學發現中的冰山一角，它們充分展示了愛因斯坦探針衛星在天文學領域已經產生了重要影響。”保羅·奧布萊恩說。

新京報記者 張璐

編輯 張磊 校對 楊利