NASA新X射线任务,将解开极端宇宙天体的秘密

图片来源:NASA

美国航空航天局(NASA)计划于12月9日向宇宙中发射一组新的X射线之“眼”:X射线偏振成像探测器(Imaging X-ray Polarimetry Explorer,IXPE)。作为同类型天文台中的第一个,X射线偏振成像探测器的目标是研究宇宙中一些最具活力的天体和物质,包括恒星爆炸后的残余物、从进食的黑洞中喷出的强大粒子流,以及更多其他的物质。

不同于NASA的“旗舰版”X射线望远镜,X射线偏振成像探测器不会像钱德拉X射线天文台(Chandra X-ray Observatory)那样巨型而强大,它在成像能力上并不出色,但这一点会通过观察宇宙X射线源的一个特殊属性来弥补,这个特殊属性即偏振(polarization),迄今为止并未得到足够的探索。

“X射线偏振成像探测器的发射,标志着X射线天文学向前迈出了大胆而独特的一步,”X射线偏振成像探测器的首席研究员马丁·魏斯科普夫(Martin Weisskopf)博士说道,“X射线偏振成像探测器将告诉我们宇宙X射线源相关的更多精确性质,也就是仅通过研究它们的亮度和色谱我们并不能了解到的那些。”

什么是X射线偏振

X射线是一种高能光线,起源于物质处于极端条件下的地方,这些极端条件包括剧烈的碰撞、巨大的爆炸、1000万度的温度、快速的旋转和极强的磁场。X射线携带了导致它们产生的强大现象的详细信息,但是地球的大气层会阻止宇宙X射线到达地面,因此,它们只能由太空中的望远镜收集。

偏振光携带着光线起源和传播经历的独特细节。光是由相互关联的电场和磁场组成的,它们以某种方向相互作用,使它们以与光的传播路径成一定角度的方向振荡或振动。这种振动可以是上下、左右或两者之间的任何位置,而偏振光由仅在一个方向上振动的电场组成。

例如,来自一颗灯泡的光会产生在各种方向上振动的电场。如果光被某种粒子或表面散射或反射,它就会变成偏振光,即光的振动面只限于某一固定方向。

寻求基本问题的答案

利用X射线偏振成像探测器对偏振X射线进行分析,科学家可以更深入地了解天体的结构和行为、它们周围的环境,以及X射线形成方式的物理学。

X射线偏振成像探测器的偏振测量也将为天文学家几十年来一直想知道的问题提供线索,例如:

黑洞的自旋是什么?

对于脉冲星这种高速旋转的死亡恒星,密度高达一匙脉冲星的质量等同于地球上一座山的质量,是什么为它神秘的亮度提供了能量?

我们对基本物理定律的理解是否适用于整个宇宙?

“X射线偏振成像探测器将帮助我们测试和完善我们关于宇宙如何运作的理论,”魏斯科普夫说,“在未来,可能会出现比我们如今的假设更令人兴奋的答案;更棒的是,我们可能会发现一系列新的待解谜团!”

对于同时也是钱德拉项目科学家的魏斯科普夫来说,他一直在追求X射线的偏振观测。这样的测量进行起来是困难的,它需要灵敏的仪器、可搭乘进入太空的火箭,以及漫长的观测时间。

X射线偏振成像探测器强大的新型X射线成像,是由意大利开发的最先进的偏振检测器实现的。X射线偏振成像探测器携带有3个相同的望远镜,每个望远镜都有一组嵌套的圆柱状反射镜,用于收集X射线并将它们馈送给一个探测器,这个探测器将对入射的X射线进行成像,并测量偏振的数量和方向。

“在X射线数据采集方面,这将是开创性的,”魏斯科普夫说,“我们将在未来几十年持续对结果进行分析。”

X射线偏振成像探测器将于12月9日从美国佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center),搭乘猎鹰9号运载火箭(Falcon 9)发射升空。X射线偏振成像探测器是NASA和意大利航天局(Italian Space Agency)的合作项目,波尔航天技术公司(Ball Aerospace)是主要的行业合作伙伴。

参考来源:

https://www.nasa.gov/mission_pages/ixpe/news/nasa-s-new-x-ray-mission-will-unlock-secrets-of-powerful-cosmic-phenomena.html

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