“天關(guān)”衛(wèi)星發(fā)布首批科學(xué)成果，捕捉南方朱雀客星將有新突破

“天關(guān)”衛(wèi)星發(fā)布首批科學(xué)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(wèi)星（“天關(guān)”衛(wèi)星）在軌交付儀式暨成果發(fā)布會(huì)在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心舉行。自2024年1月9日成功發(fā)射以來，“天關(guān)”衛(wèi)星探測(cè)到多種類型的暫現(xiàn)天體，并捕捉到幾例可能的新類型暫現(xiàn)源，成功獲取了由中國(guó)自主研制設(shè)備觀測(cè)到的首張全天X射線天圖，標(biāo)志著中國(guó)X射線時(shí)域天文領(lǐng)域進(jìn)入了新的時(shí)代。

“天關(guān)”衛(wèi)星獲得的首個(gè)X射線全天天圖（銀道坐標(biāo)系）。中國(guó)科學(xué)院供圖

“天關(guān)”衛(wèi)星正式在軌交付給中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)等使用

今年是中國(guó)科學(xué)院建院75周年，長(zhǎng)期以來，中國(guó)科學(xué)院發(fā)揮體系化建制化優(yōu)勢(shì)和國(guó)家戰(zhàn)略科技力量的骨干引領(lǐng)作用，在2011年發(fā)起了空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)，發(fā)射了一系列的科學(xué)衛(wèi)星，初步形成了以“悟空”號(hào)、“墨子”號(hào)等為代表的我國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星系列，推動(dòng)我國(guó)空間科學(xué)進(jìn)入創(chuàng)新發(fā)展的“快車道”。

“天關(guān)”衛(wèi)星是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)（二期）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)立項(xiàng)并實(shí)施的空間科學(xué)衛(wèi)星系列任務(wù)之一，于2024年1月9日發(fā)射升空，并于同年7月起開展常規(guī)的科學(xué)運(yùn)行。

據(jù)“天關(guān)”衛(wèi)星首席科學(xué)家、國(guó)家天文臺(tái)研究員袁為民介紹，愛因斯坦探針衛(wèi)星命名為“天關(guān)”衛(wèi)星。“天關(guān)”源于我國(guó)北宋至和元年（公元1054年）司天監(jiān)觀測(cè)并記錄的“天關(guān)客星”超新星爆發(fā)（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(guó)新星”，其遺骸形成的蟹狀星云是國(guó)際天文屆廣泛引用的《梅西耶星表》（1771）中的第一號(hào)天體（M1）。將愛因斯坦探針衛(wèi)星命名為“天關(guān)”衛(wèi)星，體現(xiàn)了中國(guó)在超新星爆發(fā)觀測(cè)記錄方面的深厚淵源和對(duì)世界天文學(xué)的卓越貢獻(xiàn)。

“天關(guān)”衛(wèi)星是面向時(shí)域天文學(xué)的發(fā)現(xiàn)型X射線天文探測(cè)衛(wèi)星。什么是時(shí)域天文學(xué)？袁為民說，天文學(xué)就是研究宇宙中的天體隨時(shí)間演化的過程。“我們平時(shí)看到的天空似乎是很寧靜的，這是一種錯(cuò)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(nèi)，就會(huì)從出現(xiàn)到消失，有些在天、月、年的時(shí)間長(zhǎng)度發(fā)生非常劇烈的變化。”他說，對(duì)這種隨著時(shí)間有非常顯著變化的天體的研究就是時(shí)域天文學(xué)。

據(jù)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(duì)宇宙天體進(jìn)行觀測(cè)，才能夠?qū)τ钪娴奈锢磉^程有全面的了解，軟X射線是一個(gè)非常重要的波段，這個(gè)波段的觀測(cè)從技術(shù)上來說非常困難，長(zhǎng)期以來，這一波段在大視場(chǎng)全天監(jiān)測(cè)方面是空缺的。

“天關(guān)”衛(wèi)星利用軟X射線這一新的監(jiān)測(cè)窗口，開展高靈敏度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)時(shí)域巡天監(jiān)測(cè)，旨在發(fā)現(xiàn)和探索宇宙中的X射線暫現(xiàn)源和爆發(fā)天體，并發(fā)布預(yù)警以引導(dǎo)其他天文設(shè)備進(jìn)行后隨跟蹤觀測(cè)。

在解釋暫現(xiàn)源時(shí)，他說，宇宙中有一類天體，出現(xiàn)后會(huì)很快消失，持續(xù)時(shí)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(xiàn)源天體，在中國(guó)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(jiān)發(fā)現(xiàn)的“天關(guān)客星”超新星爆發(fā)后的遺跡。

“暫現(xiàn)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(guī)律。”他說，暫現(xiàn)源天體還可以用來研究恒星的形成演化，比如一個(gè)恒星突然坍縮形成了一個(gè)新的天體，比如中子星或者黑洞。另外暫現(xiàn)源天體還可以作為探測(cè)宇宙的探針，暫現(xiàn)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(hào)來研究宇宙本身。

衛(wèi)星上配備寬視場(chǎng)X射線望遠(yuǎn)鏡（WXT）和后隨X射線望遠(yuǎn)鏡（FXT），在為期半年的在軌測(cè)試中表現(xiàn)出色，性能超出設(shè)計(jì)預(yù)期。與國(guó)際上現(xiàn)有的同領(lǐng)域設(shè)備相比，“天關(guān)”衛(wèi)星的探測(cè)靈敏度和空間分辨率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。其中寬視場(chǎng)X射線望遠(yuǎn)鏡，是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)在軌應(yīng)用的大視場(chǎng)“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡。

當(dāng)天，相關(guān)單位簽署了衛(wèi)星在軌交付使用證書和委托書，衛(wèi)星正式在軌交付給中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)等科學(xué)用戶使用。

已成功探測(cè)到60例確定的暫現(xiàn)天體

據(jù)衛(wèi)星系統(tǒng)總師、中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副院長(zhǎng)張永合介紹，衛(wèi)星自2024年1月發(fā)射起至9月，已成功探測(cè)到60例確定的暫現(xiàn)天體、上千例暫現(xiàn)天體候選體，以及480多例恒星耀發(fā)，探測(cè)到上百例已知天體的爆發(fā)，向國(guó)際天文界發(fā)送了100多條天文警報(bào)，引導(dǎo)了國(guó)際上地面和空間多波段設(shè)備的后隨觀測(cè)。

“天關(guān)”衛(wèi)星探測(cè)到的X射線暫現(xiàn)天體種類豐富，涉及恒星、白矮星、中子星、各種質(zhì)量類型的黑洞、伽馬射線暴、超新星等，輻射持續(xù)時(shí)長(zhǎng)覆蓋了從幾十秒到幾個(gè)月的范圍，跨越了6個(gè)數(shù)量級(jí)。

在銀河系內(nèi)，“天關(guān)”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了多個(gè)新的暫現(xiàn)源，其中一個(gè)可能是新的恒星級(jí)黑洞候選體或中子星，被命名為EP240904a。它還發(fā)現(xiàn)了位于雙星系統(tǒng)中的多個(gè)新的中子星和白矮星，并監(jiān)測(cè)到多個(gè)已知黑洞、中子星和白矮星雙星系統(tǒng)的爆發(fā)。

“天關(guān)”衛(wèi)星的視野不僅限于銀河系。在小麥哲倫云中，它探測(cè)到一個(gè)新的爆發(fā)源，研究表明其產(chǎn)生于一個(gè)非常罕見的白矮星與Be星組成的雙星系統(tǒng)。在更遠(yuǎn)的宇宙中，衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了一例正在發(fā)生的中等質(zhì)量黑洞潮汐瓦解恒星事件（當(dāng)一顆恒星因過于靠近大質(zhì)量黑洞而被撕裂）EP240222a，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)自主天文觀測(cè)設(shè)備在該領(lǐng)域“零的突破”。

“天關(guān)”衛(wèi)星探測(cè)到了約40例來自宇宙深處的快速暫現(xiàn)天體。令人驚奇的是，只有少部分是最常見的快速暫現(xiàn)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(duì)偏弱，部分有可能來自其他新的暫現(xiàn)天體類型。“天關(guān)”衛(wèi)星探路者LEIA（一個(gè)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(chǎn)生的大質(zhì)量中子星的X射線輻射。

“天關(guān)”衛(wèi)星探測(cè)到的最遠(yuǎn)天體是來自256億光年之外的伽馬射線暴EP240315a。這一發(fā)現(xiàn)表明了衛(wèi)星探測(cè)來自遙遠(yuǎn)的早期宇宙伽瑪射線暴的能力，也為進(jìn)一步理解恒星坍縮產(chǎn)生黑洞及相對(duì)論性噴流的物理過程提供了新的視角。該項(xiàng)工作是由“天關(guān)”科學(xué)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，聯(lián)合了國(guó)際上包括多個(gè)空間和地面多波段設(shè)備的龐大國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)共同完成的。這不僅體現(xiàn)了“天關(guān)”衛(wèi)星在時(shí)域天文領(lǐng)域的引領(lǐng)作用，也彰顯了其國(guó)際影響力。

發(fā)現(xiàn)南方朱雀客星，或?yàn)槿骂愋蜁含F(xiàn)天體

2024年4月8日，“天關(guān)”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)一例暫現(xiàn)天體EP240408a，并記錄了其X射線的一次劇烈爆發(fā)。此次爆發(fā)的亮度增強(qiáng)了300倍，持續(xù)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(qū)范圍內(nèi)，因此被命名為“南方朱雀客星”。

袁為民說，此類中等時(shí)標(biāo)的暫現(xiàn)源在以往的觀測(cè)中很少出現(xiàn)。該天體的光譜和時(shí)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(xiàn)天體類別。

“這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于拓展我們對(duì)宇宙暫現(xiàn)天體族群的認(rèn)識(shí)以及理解極端物理過程具有重要的科學(xué)價(jià)值。”該成果作為“天關(guān)”團(tuán)隊(duì)首篇正式發(fā)表的科學(xué)論文，于北京時(shí)間10月30日在《中國(guó)科學(xué)：物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)》（SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy）期刊在線發(fā)表。

“天關(guān)”衛(wèi)星首例正式發(fā)表成果EP240408a——“南方朱雀客星”。中國(guó)科學(xué)院供圖

袁為民表示，EP240408a的發(fā)現(xiàn)可能預(yù)示著一類全新的暫現(xiàn)源類型。其輻射集中在X射線，且較為暗弱，持續(xù)時(shí)間只有10天左右，很難被其他X射線和其他波段的望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到。后續(xù)，科研人員將利用國(guó)際上各個(gè)波段的望遠(yuǎn)鏡對(duì)其進(jìn)行更詳盡的跟蹤研究，獲得其更多的物理信息，理解它真實(shí)的物理起源和物理過程。

“‘天關(guān)’衛(wèi)星早期的這些發(fā)現(xiàn)表明，我們之前所認(rèn)識(shí)的暫現(xiàn)天體可能只是冰山一角。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)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(chuàng)新成果發(fā)表在中國(guó)的期刊上，也更加彰顯了在人類探索宇宙征程中的中國(guó)貢獻(xiàn)。”

除了暫現(xiàn)天體以外，“天關(guān)”衛(wèi)星還觀測(cè)了其他豐富的天體類型，包括我們所在的太陽系內(nèi)的月球、木星和土星、寧靜狀態(tài)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(yuǎn)星系中的超大質(zhì)量黑洞和相對(duì)論性噴流、星系團(tuán)等。

“天關(guān)”衛(wèi)星項(xiàng)目由中國(guó)科學(xué)院主導(dǎo)，歐洲空間局（ESA）、馬普地外物理研究所（MPE）和法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）參與研制。

英國(guó)萊斯特大學(xué)物理與天文學(xué)院教授保羅·奧布萊恩給袁為民發(fā)來郵件評(píng)價(jià)到，愛因斯坦探針衛(wèi)星已經(jīng)充分證明了寬視場(chǎng)X射線天文學(xué)的重要性。其強(qiáng)大的巡天和后隨觀測(cè)能力不僅使得人類能夠發(fā)現(xiàn)眾多新的X射線暫現(xiàn)源，還能對(duì)已知的X射線源進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)。“最近，愛因斯坦探針衛(wèi)星又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇特的源——EP241021a，其確切的起源尚未明確。這個(gè)源具有伽瑪射線暴GRB的特征，同時(shí)也與黑洞潮汐瓦解事件有相似之處。這兩個(gè)例子只是愛因斯坦探針衛(wèi)星眾多科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的冰山一角，它們充分展示了愛因斯坦探針衛(wèi)星在天文學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了重要影響。”保羅·奧布萊恩說。

新京報(bào)記者 張璐

編輯 張磊 校對(duì) 楊利