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EP卫星后随X射线望远镜首批在轨科学探测图像解读

2024-05-03 14:20

来源：中国网·中国发展门户网

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中国网/中国发展门户网讯 4月27日下午，以“空间科学探索与发现”为主题的2024中关村论坛年会平行论坛——“空间科学论坛”成功举办，论坛发布了EP卫星首批在轨探测图像。

爱因斯坦探针（EP）卫星的有效载荷包括两个X射线望远镜：一台大视场（3600平方度）的龙虾眼式软X射线监视器（WXT）和一台视场约为1°×1°的Wolter-I型后随X射线望远镜（FXT）。FXT载荷又称“风行天”，是中国主导的国际合作空间X射线望远镜，由中国科学院高能物理研究所承担，中国科学院理化技术研究所参与，欧洲航天局（ESA）和德国马克斯·普朗克地外物理研究所（MPE）通过国际合作的方式参与。作为EP卫星的两个科学载荷之一，FXT首次展示了优秀的X射线成像性能，同时兼具高能量分辨与高时间分辨能力。

首批公布的FXT在轨科学探测图像共6幅，以下对超新星遗迹Crab和巨椭圆星系M87两幅观测图像进行详细解读。

Crab解读

公元1054年7月4日，在金牛座的天关星附近星空突降“客星”，其异常明亮——这也就是后来天文学家所定义的蟹状星云超新星，也正是这颗“天关客星”爆发后的“遗骸”，经千年演化，形成了现在人类观测到的蟹状星云。蟹状星云在X射线波段发出强烈辐射，致使很多X射线天文望远镜产生严重的光子堆积效应，使图像亮度饱和而产生畸变。

FXT项目团队对探测器进行了创新性的开发，针对亮天体源专门设计了开窗和时变两种科学观测模式。图1展示的是FXT在0.3~10keV的开窗观测图像，曝光为2600秒。图像清晰地展现了蟹状星云的全貌，图像中心处的亮点即为年轻而有活力的蟹状星云脉冲星(Crab pulsar)，周围陀螺状的光斑为脉冲星发出的高能粒子与周围物质作用而产生的脉冲星风云。

图1 蟹状星云

Crab脉冲星是颗强大的电磁辐射源，以33.8毫秒的周期快速旋转，并以很窄的波束辐射X射线光子，这些光子被FXT接收到，从而形成了我们看到的脉冲轮廓。FXT采用时变模式，可以获得脉冲星的精确的脉冲周期、相位和轮廓。

图2 蟹状星云脉冲星的轮廓

图2为FXT采用时变模式观测到的Crab脉冲星的脉冲轮廓，横坐标为相位，纵坐标为光子数。

M87解读

图3 FXT观测巨椭圆星系M87所得图像

M87是室女座星系团（Virgo星系团）中的明亮的巨椭圆星系。图3为FXT采用全帧科学观测模式直接获得的M87图像，能段为0.3~10 keV，曝光时间为39 ks。不同于光学图像，在X射线能段，FXT观测到M87内存在大量弥散的热气体。M87的中心亮斑来自于星系中心活动星系核（AGN）的辐射，向外还伸出了两个臂状结构，这是由于AGN活动所产生的射电气体喷流把冷气体裹挟出来，冷气体密度大，而使辐射增强，最终形成了明亮的臂状结构。此外，在M87外围，还清楚地观测到表面亮度发生阶跃变化，形成“冷锋”。在图3中还放置了国际上主要Wolter-I型X射线望远镜的视场示意图，左上为美国Chandra望远镜视场范围，左下为日本Suzaku望远镜视场范围，右上为欧洲的XMM-Newton望远镜视场范围。与这些望远镜相比，FXT的视场是一个完整的整体，没有用多个CCD进行拼接，因而视场内没有缝隙；此外，FXT的视场要大很多，对M87外围的“冷锋”结构一览无余，甚至还可以看到更外围来自于室女座星系团气体的X射线辐射。

初步的测试结果表明，FXT望远镜的功能性能指标都达到或超出了设计要求。历时七载，收获的成果离不开FXT团队中每一位成员的付出与努力，这一路走来，每一步脚印都坚实而有力量。图4为EP卫星发射前夕，高能物理研究所领导和FXT团队部分成员在西昌卫星发射中心的合影。

图4 EP-FXT团队在西昌卫星发射中心合影

下一阶段，FXT将继续按照既定计划开展并完成在轨详细标定。正式交付运行后，FXT将成为空间X射线天文观测的又一利器。

【责任编辑：徐林】

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