美國(guó)國(guó)家航空航天局的IXPE標(biāo)志著X射線天文學(xué)突破性的兩年
來(lái)源：桑間濮上網(wǎng)
時(shí)間：2025-12-08 20:03:38
（神秘的美國(guó)地球uux.cn）據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局（貝絲·里奇韋）：12月9日，天文學(xué)家和物理學(xué)家將紀(jì)念美國(guó)國(guó)家航空航天局的航空航天IXPE(成像X射線偏振探測(cè)器)任務(wù)中具有里程碑意義的X射線科學(xué)兩周年。
IXPE是標(biāo)志美國(guó)國(guó)家航空航天局和意大利航天局研究偏振X射線光的聯(lián)合任務(wù)。偏振是射線光的一種特性，它可以幫助揭示光從哪里來(lái)的天文信息，例如發(fā)出光的學(xué)突超強(qiáng)能量源的幾何形狀和內(nèi)部工作原理。
IXPE在開(kāi)始研究宇宙的科學(xué)操作之前在太空部署的gif圖。圖像：uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局
IXPE于2021年12月9日發(fā)射，美國(guó)在大約340英里高的航空航天軌道上圍繞地球運(yùn)行，研究距離地球數(shù)千到數(shù)十億光年的標(biāo)志強(qiáng)大宇宙現(xiàn)象發(fā)出的X射線，包括類星體、射線黑洞、天文中子星等超新星爆炸的學(xué)突殘余物，以及從黑洞附近以接近光速噴出的破性高能粒子流。
“將X射線偏振添加到我們的美國(guó)無(wú)線電、紅外和光學(xué)偏振武庫(kù)中是一個(gè)游戲改變者，”波士頓大學(xué)天文學(xué)家艾倫·馬歇爾說(shuō)，他領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組使用IXPE的發(fā)現(xiàn)來(lái)分析超大質(zhì)量黑洞。
“我們都很熟悉X射線作為人類診斷醫(yī)療工具的作用。在這里，我們以不同的方式使用它們，但它們?cè)俅谓沂玖藢?duì)我們隱藏的信息，”斯坦福大學(xué)研究員Josephine Wong說(shuō)，她在10月份與人合著了基于對(duì)脈沖星風(fēng)星云MSH 15-52的IXPE研究的發(fā)現(xiàn)，該星云距離地球約16，000光年。
天體物理學(xué)家馬丁·魏斯科普夫(Martin Weisskopf)同意這一觀點(diǎn)，他領(lǐng)導(dǎo)了IXPE的開(kāi)發(fā)，并擔(dān)任其首席研究員，直到2022年春天從美國(guó)國(guó)家航空航天局退休。
毫無(wú)疑問(wèn)，IXPE已經(jīng)證明了X射線偏振測(cè)量對(duì)于加深我們對(duì)這些迷人的X射線系統(tǒng)如何工作的理解是重要的和相關(guān)的。
馬丁·韋斯科普夫退休的IXPE首席研究員
例如，科學(xué)家們?cè)缇土私饬笋R卡里安501和馬卡里安421等黑洞的基本原理。blazar是一個(gè)巨大的黑洞，以圓盤中圍繞它旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)為食，產(chǎn)生強(qiáng)大的高速宇宙粒子噴流，這些噴流沿著垂直于圓盤的兩個(gè)方向沖走。但是這些粒子是如何被加速到如此高的能量的呢？2022年11月發(fā)表在《自然》雜志上的IXPE數(shù)據(jù)確定了馬卡里安501的罪魁禍?zhǔn)资菄姎馐斤w機(jī)內(nèi)的沖擊波。
這張美國(guó)國(guó)家航空航天局圖片顯示了黑洞噴流的結(jié)構(gòu)，這是由最近對(duì)布拉扎·馬卡里安421的IXPE觀測(cè)推斷出來(lái)的。噴流由一個(gè)吸積盤驅(qū)動(dòng)，顯示在圖像的底部，隨著時(shí)間的推移，吸積盤圍繞黑洞運(yùn)行并落入黑洞。螺旋磁場(chǎng)穿過(guò)射流。IXPE的觀測(cè)表明，X射線必定是由磁場(chǎng)周圍螺旋運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)產(chǎn)生的震動(dòng)產(chǎn)生的。插圖顯示的是激波陣面本身。x射線是在離激波陣面最近的白色區(qū)域產(chǎn)生的，而光輻射和射電輻射必定來(lái)自離激波更遠(yuǎn)的湍流區(qū)域。圖像：uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局/巴勃羅·加西亞
“這是一個(gè)我們已經(jīng)解決了40年的謎，”亞尼斯·利奧達(dá)基斯說(shuō)，他是阿拉巴馬州亨茨維爾美國(guó)國(guó)家航空航天局馬歇爾航天飛行中心的美國(guó)國(guó)家航空航天局博士后項(xiàng)目研究員。“我們終于有了拼圖的所有碎片，他們制作的圖片是清晰的。”
IXPE還對(duì)三個(gè)超新星遺跡——仙后座A、第谷和SN 1006——進(jìn)行了前所未有的研究，幫助科學(xué)家進(jìn)一步了解這些現(xiàn)象周圍磁場(chǎng)的起源和過(guò)程。
IXPE甚至揭示了我們銀河系的基本機(jī)制。根據(jù)IXPE在2022年初進(jìn)行的研究，銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A*在大約200年前醒來(lái)，吞噬氣體和其他宇宙碎屑，引發(fā)了強(qiáng)烈的短暫X射線耀斑。通過(guò)結(jié)合來(lái)自IXPE、Chandra和歐洲航天局XMM-Newton任務(wù)的數(shù)據(jù)，研究人員確定該事件發(fā)生在19世紀(jì)初。
“我們知道在人類的時(shí)間尺度上，活躍的星系和超大質(zhì)量黑洞會(huì)發(fā)生變化，”美國(guó)國(guó)家航空航天局馬歇爾大學(xué)IXPE項(xiàng)目科學(xué)家Steve Ehlert說(shuō)。“IXPE幫助我們更好地理解銀河系中心黑洞變化的時(shí)間尺度。我們渴望進(jìn)一步觀察它，以確定哪些變化是典型的，哪些是獨(dú)特的。”
這張超新星遺跡SN 1006的新圖像結(jié)合了來(lái)自IXPE和美國(guó)國(guó)家航空航天局錢德拉X射線天文臺(tái)的數(shù)據(jù)。錢德拉探測(cè)器探測(cè)到的紅色、綠色和藍(lán)色元素分別反射低、中、高能量的X射線。測(cè)量X射線光偏振的IXPE數(shù)據(jù)在左上角顯示為紫色，并添加了代表殘余磁場(chǎng)向外運(yùn)動(dòng)的線條。圖像：uux.cn/x光:美國(guó)國(guó)家航空航天局/CXC/騷(錢德拉)；、南京大學(xué)/南京大學(xué)/周等；IR:美國(guó)國(guó)家航空航天局/JPL/加州理工/斯皮策；圖像處理:美國(guó)國(guó)家航空航天局/CXC/薩奧/施密特
IXPE還支持對(duì)意料之外的宇宙事件的觀察——例如有史以來(lái)記錄的最亮的強(qiáng)輻射脈沖，它在2022年10月突然席卷了我們的太陽(yáng)系。
研究人員說(shuō)，該脈沖來(lái)自一次強(qiáng)大的伽馬射線爆發(fā)，這種爆發(fā)可能一萬(wàn)年才發(fā)生一次。IXPE支持來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡和其他成像器的數(shù)據(jù)，幫助確定強(qiáng)大的發(fā)射是如何組織的，并確認(rèn)地球成像器幾乎直接正面觀察到噴射。
也許最讓太空科學(xué)家興奮的是IXPE數(shù)據(jù)如何顛覆了關(guān)于各種高能源的傳統(tǒng)智慧。
“在過(guò)去的兩年中，我們看到的如此多的偏振X射線結(jié)果是一個(gè)巨大的驚喜，將理論模型扔出了窗外，”Ehlert說(shuō)。
看到我們沒(méi)有預(yù)料到的結(jié)果引發(fā)了新的問(wèn)題，新的理論。真的很刺激！
史蒂夫·埃勒特IXPE項(xiàng)目科學(xué)家
這種興奮感在全世界的IXPE合作伙伴中持續(xù)增長(zhǎng)。今年6月，該任務(wù)在最初兩年飛行的基礎(chǔ)上正式延長(zhǎng)了20個(gè)月，這意味著IXPE將至少在2025年9月之前繼續(xù)觀測(cè)整個(gè)宇宙的高能X射線輻射。
新的一年也將標(biāo)志著IXPE普通觀測(cè)者計(jì)劃的開(kāi)始，該計(jì)劃邀請(qǐng)世界各地的天體物理學(xué)家和其他空間科學(xué)家提出并參與使用IXPE望遠(yuǎn)鏡的研究。從2024年2月開(kāi)始，IXPE多達(dá)80%的時(shí)間將對(duì)更廣泛的科學(xué)界開(kāi)放。
關(guān)于IXPE任務(wù)
IXPE是美國(guó)國(guó)家航空航天局和意大利航天局與12個(gè)國(guó)家的合作伙伴和科學(xué)合作者的合作項(xiàng)目。IXPE由美國(guó)國(guó)家航空航天局馬歇爾太空飛行中心領(lǐng)導(dǎo)。鮑爾航空航天公司總部設(shè)在科羅拉多州布魯姆菲爾德，與位于博爾德的科羅拉多大學(xué)大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室共同管理航天器的運(yùn)營(yíng)。
IXPE是標(biāo)志美國(guó)國(guó)家航空航天局和意大利航天局研究偏振X射線光的聯(lián)合任務(wù)。偏振是射線光的一種特性，它可以幫助揭示光從哪里來(lái)的天文信息，例如發(fā)出光的學(xué)突超強(qiáng)能量源的幾何形狀和內(nèi)部工作原理。
IXPE在開(kāi)始研究宇宙的科學(xué)操作之前在太空部署的gif圖。圖像：uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局
IXPE于2021年12月9日發(fā)射，美國(guó)在大約340英里高的航空航天軌道上圍繞地球運(yùn)行，研究距離地球數(shù)千到數(shù)十億光年的標(biāo)志強(qiáng)大宇宙現(xiàn)象發(fā)出的X射線，包括類星體、射線黑洞、天文中子星等超新星爆炸的學(xué)突殘余物，以及從黑洞附近以接近光速噴出的破性高能粒子流。
“將X射線偏振添加到我們的美國(guó)無(wú)線電、紅外和光學(xué)偏振武庫(kù)中是一個(gè)游戲改變者，”波士頓大學(xué)天文學(xué)家艾倫·馬歇爾說(shuō)，他領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組使用IXPE的發(fā)現(xiàn)來(lái)分析超大質(zhì)量黑洞。
“我們都很熟悉X射線作為人類診斷醫(yī)療工具的作用。在這里，我們以不同的方式使用它們，但它們?cè)俅谓沂玖藢?duì)我們隱藏的信息，”斯坦福大學(xué)研究員Josephine Wong說(shuō)，她在10月份與人合著了基于對(duì)脈沖星風(fēng)星云MSH 15-52的IXPE研究的發(fā)現(xiàn)，該星云距離地球約16，000光年。
天體物理學(xué)家馬丁·魏斯科普夫(Martin Weisskopf)同意這一觀點(diǎn)，他領(lǐng)導(dǎo)了IXPE的開(kāi)發(fā)，并擔(dān)任其首席研究員，直到2022年春天從美國(guó)國(guó)家航空航天局退休。
毫無(wú)疑問(wèn)，IXPE已經(jīng)證明了X射線偏振測(cè)量對(duì)于加深我們對(duì)這些迷人的X射線系統(tǒng)如何工作的理解是重要的和相關(guān)的。
馬丁·韋斯科普夫退休的IXPE首席研究員
例如，科學(xué)家們?cè)缇土私饬笋R卡里安501和馬卡里安421等黑洞的基本原理。blazar是一個(gè)巨大的黑洞，以圓盤中圍繞它旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)為食，產(chǎn)生強(qiáng)大的高速宇宙粒子噴流，這些噴流沿著垂直于圓盤的兩個(gè)方向沖走。但是這些粒子是如何被加速到如此高的能量的呢？2022年11月發(fā)表在《自然》雜志上的IXPE數(shù)據(jù)確定了馬卡里安501的罪魁禍?zhǔn)资菄姎馐斤w機(jī)內(nèi)的沖擊波。
這張美國(guó)國(guó)家航空航天局圖片顯示了黑洞噴流的結(jié)構(gòu)，這是由最近對(duì)布拉扎·馬卡里安421的IXPE觀測(cè)推斷出來(lái)的。噴流由一個(gè)吸積盤驅(qū)動(dòng)，顯示在圖像的底部，隨著時(shí)間的推移，吸積盤圍繞黑洞運(yùn)行并落入黑洞。螺旋磁場(chǎng)穿過(guò)射流。IXPE的觀測(cè)表明，X射線必定是由磁場(chǎng)周圍螺旋運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)產(chǎn)生的震動(dòng)產(chǎn)生的。插圖顯示的是激波陣面本身。x射線是在離激波陣面最近的白色區(qū)域產(chǎn)生的，而光輻射和射電輻射必定來(lái)自離激波更遠(yuǎn)的湍流區(qū)域。圖像：uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局/巴勃羅·加西亞
“這是一個(gè)我們已經(jīng)解決了40年的謎，”亞尼斯·利奧達(dá)基斯說(shuō)，他是阿拉巴馬州亨茨維爾美國(guó)國(guó)家航空航天局馬歇爾航天飛行中心的美國(guó)國(guó)家航空航天局博士后項(xiàng)目研究員。“我們終于有了拼圖的所有碎片，他們制作的圖片是清晰的。”
IXPE還對(duì)三個(gè)超新星遺跡——仙后座A、第谷和SN 1006——進(jìn)行了前所未有的研究，幫助科學(xué)家進(jìn)一步了解這些現(xiàn)象周圍磁場(chǎng)的起源和過(guò)程。
IXPE甚至揭示了我們銀河系的基本機(jī)制。根據(jù)IXPE在2022年初進(jìn)行的研究，銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A*在大約200年前醒來(lái)，吞噬氣體和其他宇宙碎屑，引發(fā)了強(qiáng)烈的短暫X射線耀斑。通過(guò)結(jié)合來(lái)自IXPE、Chandra和歐洲航天局XMM-Newton任務(wù)的數(shù)據(jù)，研究人員確定該事件發(fā)生在19世紀(jì)初。
“我們知道在人類的時(shí)間尺度上，活躍的星系和超大質(zhì)量黑洞會(huì)發(fā)生變化，”美國(guó)國(guó)家航空航天局馬歇爾大學(xué)IXPE項(xiàng)目科學(xué)家Steve Ehlert說(shuō)。“IXPE幫助我們更好地理解銀河系中心黑洞變化的時(shí)間尺度。我們渴望進(jìn)一步觀察它，以確定哪些變化是典型的，哪些是獨(dú)特的。”
這張超新星遺跡SN 1006的新圖像結(jié)合了來(lái)自IXPE和美國(guó)國(guó)家航空航天局錢德拉X射線天文臺(tái)的數(shù)據(jù)。錢德拉探測(cè)器探測(cè)到的紅色、綠色和藍(lán)色元素分別反射低、中、高能量的X射線。測(cè)量X射線光偏振的IXPE數(shù)據(jù)在左上角顯示為紫色，并添加了代表殘余磁場(chǎng)向外運(yùn)動(dòng)的線條。圖像：uux.cn/x光:美國(guó)國(guó)家航空航天局/CXC/騷(錢德拉)；、南京大學(xué)/南京大學(xué)/周等；IR:美國(guó)國(guó)家航空航天局/JPL/加州理工/斯皮策；圖像處理:美國(guó)國(guó)家航空航天局/CXC/薩奧/施密特
IXPE還支持對(duì)意料之外的宇宙事件的觀察——例如有史以來(lái)記錄的最亮的強(qiáng)輻射脈沖，它在2022年10月突然席卷了我們的太陽(yáng)系。
研究人員說(shuō)，該脈沖來(lái)自一次強(qiáng)大的伽馬射線爆發(fā)，這種爆發(fā)可能一萬(wàn)年才發(fā)生一次。IXPE支持來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡和其他成像器的數(shù)據(jù)，幫助確定強(qiáng)大的發(fā)射是如何組織的，并確認(rèn)地球成像器幾乎直接正面觀察到噴射。
也許最讓太空科學(xué)家興奮的是IXPE數(shù)據(jù)如何顛覆了關(guān)于各種高能源的傳統(tǒng)智慧。
“在過(guò)去的兩年中，我們看到的如此多的偏振X射線結(jié)果是一個(gè)巨大的驚喜，將理論模型扔出了窗外，”Ehlert說(shuō)。
看到我們沒(méi)有預(yù)料到的結(jié)果引發(fā)了新的問(wèn)題，新的理論。真的很刺激！
史蒂夫·埃勒特IXPE項(xiàng)目科學(xué)家
這種興奮感在全世界的IXPE合作伙伴中持續(xù)增長(zhǎng)。今年6月，該任務(wù)在最初兩年飛行的基礎(chǔ)上正式延長(zhǎng)了20個(gè)月，這意味著IXPE將至少在2025年9月之前繼續(xù)觀測(cè)整個(gè)宇宙的高能X射線輻射。
新的一年也將標(biāo)志著IXPE普通觀測(cè)者計(jì)劃的開(kāi)始，該計(jì)劃邀請(qǐng)世界各地的天體物理學(xué)家和其他空間科學(xué)家提出并參與使用IXPE望遠(yuǎn)鏡的研究。從2024年2月開(kāi)始，IXPE多達(dá)80%的時(shí)間將對(duì)更廣泛的科學(xué)界開(kāi)放。
關(guān)于IXPE任務(wù)
IXPE是美國(guó)國(guó)家航空航天局和意大利航天局與12個(gè)國(guó)家的合作伙伴和科學(xué)合作者的合作項(xiàng)目。IXPE由美國(guó)國(guó)家航空航天局馬歇爾太空飛行中心領(lǐng)導(dǎo)。鮑爾航空航天公司總部設(shè)在科羅拉多州布魯姆菲爾德，與位于博爾德的科羅拉多大學(xué)大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室共同管理航天器的運(yùn)營(yíng)。
