国产首颗X射线卫星“慧眼”开工 观测黑洞演化

　　图：中子星合併在太空中激起涟漪的效果图 网络图片

　　大公报1月31日讯 记者 周琳北京报道：去年6月15日发射升空的中国首颗X射线天文卫星“慧眼”，30日正式交付投入使用。记者从国防科工局获悉，“慧眼”在轨测试期间，取得黑洞及中子星双星观测、伽马射线暴、引力波电磁对应体探测等初步科学成果，发现伽马射线暴比率居国际前列位置。中科院称，“慧眼”将继续对银河系内黑洞与中子星等极端宇宙天体持续观测。中国航天科技集团五院“慧眼”卫星总师潘腾称，1054年北宋人首次记录超新星爆发记录极端宇宙现象光芒，千年后的今天“慧眼”及其后续者必将再现新时代“发现极端宇宙”辉煌。

　　“慧眼”是中国自主设计研製的首颗大型X射线天文卫星。它应用了中国科学家首创的直接解调成像方法，实现宽波段、高灵敏度、高空间分辨率X射线巡天、定点和小天区观测。在世界现有X射线天文卫星中，具有先进的暗弱变源巡天能力、独特的多波段快速光变观测能力等优势。自2017年6月15日成功发射入轨以来，运行正常，顺利通过在轨测试。中科院副院长相里斌表示，“慧眼”的高能探测器和低能探测器的能量分辨达同类仪器国际最好水平，现为在0.2-3MeV能区国际上有效面积最大之伽马射线暴探测器。

　　定点观测27天体源逾百次

　　“‘慧眼’取得的初步科学成果比预期的还要丰富。”中科院高能物理研究所研究员、慧眼卫星首席科学家张双南介绍，目前“慧眼”已多次参加了国际空间和地面的联测，对27个天体源进行128次定点观测。获得银道面扫描巡天、黑洞、中子星、太阳耀发等大量观测数据；直接测量到目前最强的中子星磁场迴旋吸收线；完成中国最高精度的脉冲星导航试验。

　　“截至目前，‘慧眼’卫星已经确认发现40个伽马射线暴，超过20个是全球首先发布，3个是单独发布，发现率大于100个／年，是国际上发现率最高的设备之一。”张双南介绍，伽马暴是黑洞和中子星产生过程中，甚至两个黑洞、两个中子星撞在一起时产生的现象，通过对伽马暴观测可了解上述现象的发生过程。

　　为扩大“慧眼”卫星及空间高能物理研究领域的国际影响力，国家航天局会同中科院共同发起成立“慧眼”卫星国际科学委员会，以期促进后续卫星合作计划，寻求青年科技人才国际合作交流培养机制。

　　探索详测深巡三步走

　　张双南30日透露，按照中国空间X射线探测“探索、详测、深巡”三步走战略，未来将有更多“慧眼”兄弟姐妹们诞生，共同实现科学家们“发现极端宇宙”的设想。譬如，正在推动中的增强型X射线时变与偏振空间天文台eXTP项目，将是继“慧眼”卫星之后具有世界领先水平的空间X射线探测项目，也是未来10至15年内中国空间科学领域的旗舰项目，有望在研究极端条件下的基本物理规律方面取得重大突破。

　　张双南介绍，“发现极端宇宙”计划详测阶段将由“增强型X射线时变和偏振天文台（eXTP）”完成，该星由中国领导研製，已有十馀个国家、100多个机构计划参与，预计2025年发射。深巡阶段将在2030年和2035年分别发射“热宇宙重子探巡天文台（HUBS）”和“宇宙微波背景偏振天文台（SCPT）”，“这就不仅是研究黑洞和中子星，而是宇宙大尺度的研究。”

　　在张双南看来，“慧眼”发射和开工，标誌着中国新时代“发现极端宇宙”事业的新起航。“这是中国科技的千年復兴。”张双南说，“我们的梦想是通过探索发现中子星和黑洞新现象─详测发现中子星和黑洞新物理─深巡发现宇宙演化中‘丢失’的重子物质和宇宙大爆炸起源机制三步走，逐步实现对‘发现极端宇宙’国际大科学计划的中国引领。”

　　充当引力波“大联测”前哨

 

　　图：从嫦娥三号着陆器角度拍摄的“玉兔号”月球车 网络图片 

　　据中科院高能物理研究所研究员、“慧眼”卫星首席科学家张双南介绍，“慧眼”发射升空以来最令人瞩目的成果，是2017年8月17日在双中子星併合引力波事件（下称引力波事件）发生时成功监测引力波源所在天区，监测到6个aLIGO+aVirgo引力波事件（包括疑似）。“从此，人类‘耳聪目明’。这项创造歷史的全球空间和地面望远镜大联测中，中国‘慧眼’对其高能电磁辐射对应体进行了监测，确定了伽马射线的流量上限。”张双南说。

　　2017年10月16日，美国国家科学基金会宣布激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座引力波天文台（Virgo），于2017年8月17日首次发现双中子星併合引力波事件。引力波事件是人类第五次探测到引力波，也是首次探测到由双中子星合併产生的引力波及其伴随的电磁信号。引力波是1916年爱因斯坦建立广义相对论后的预言。去年8月17日发现的引力波事件跟以往的双黑洞併合不同，它由两颗中子星併合产生。理论预言这会产生引力波电磁对应体，促使天文学家使用大量地面和空间望远镜进行观测。

　　当时，人类仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区，“慧眼”是其中之一。“慧眼”监测引力波源所在的天区，对其伽马射线电磁对应体在高能区的辐射性质给出了严格的限制，为全面理解该引力波事件及相关物理机制做出了重要贡献。