钱德拉

钱德拉档案集速览 美国航空航天局（NASA）的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）已经运行了20年之久，在整个宇宙中对成千上万的X射线源进行了观测，而这些数据现在就存储在对外公开的公共档案中，在观测数据获取一年后（甚至更早）的时间里，任何人都能够进行访问。 大多数时候，钱德拉的数据档案只为科学研究目的服务于专业的天文学界，但实际上，这些数据的价值远远超出了这一范围。包括业余的天文学研究者和太空爱好者在内，有一些非专业的公众人士也会浏览像钱德拉X射线天文台所维护的一些天文档案，而他们的工作曾直接导致了全新星体的发现、神秘星际现象的探索研究，以及惊为天人的宇宙物体图像创造。 10月31日，一组光学合成图像正式向公众开放发布，这组由多种类型的光数据组合成得到的图像，使用了钱德拉的X射线数据以及哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）的可见光数据。在美国，每年的10月是著名的“存档月” （Archive Month），这组由“天文艺术家”朱迪•施密特（Judy Schmidt）制作的图像集，是本次“存档月”的突出作品之一，同时也宣传和展现了所有类型档案的贡献。如何利用钱德拉的数据制作图像？相关的软件工具、使用说明和教程都是免费的，并且可以在许多线上的地方找到，例如https://chandra.harvard.edu/photo/2019/archives/。 这个新档案库中的所有星际物质，都位于大麦哲伦星云（Large Magellanic Cloud，LMC）这一距离银河系约15万光年的小型卫星星系之中。这些图像包括： 上面一行，从左到右依次是： 图片制作：朱迪•施密特（CC BY-NC-SA）； 数据来源：NASA / CXC / SAO和NASA / STScI。 N103B：白矮星（white dwarf）是类太阳恒星（Sun-like star）演化的最后阶段，密度极大，当一场热核爆炸摧毁了双星系统中的白矮星并产生了超新星（supernova）时，它留下了这个发光的碎片场，被称为超新星遗迹（supernova remnant，SNR）。钱德拉的X射线数据在这张超新星遗迹图像的左侧最为明显，表现为红色、绿色和蓝色，代表的是温度高达数百万度的气体，在爆炸中，恒星被摧毁成碎片从而产生了高能的冲击波，这些气体就是因此被加热的。哈勃空间望远镜的可见光数据在这张图的右侧最为明显，与X射线数据的重叠大部分表现为粉红色和白色。 图片制作：朱迪•施密特（CC BY-NC-SA）； 数据来源：NASA / CXC / SAO和NASA / STScI。 LHA 120-N 44：图中的恒星形成区域表现为一个巨大的气泡，由于风是从年轻的恒星处流出的，这个巨大的泡泡看起来就像是从图像中间吹出来的。钱德拉的数据在图中表现为紫色和粉红色，显示了这种超大气泡状的热气体；而哈勃的数据在图中表现为橙色和浅蓝色，显示了系统中的气体和灰尘。 图片制作：朱迪•施密特（CC BY-NC-SA）； 数据来源：NASA / CXC / SAO和NASA / STScI。 LMC N63A：在一颗巨大的恒星爆炸之后，它留下了能被钱德拉和哈勃观测到的超新星遗迹。钱德拉的数据在图中表现为红色、绿色和蓝色，显示了温度高达数百万度的气体以及超新星的爆炸波。遗迹右上角的浅棕色区域代表了密集的气体和尘埃云，这些星际物质反射了哈勃探测到的可见光。 下面一行，从左到右依次是： 图片制作：朱迪•施密特（CC BY-NC-SA）； 数据来源：NASA / CXC / SAO和NASA / STScI。 DEM L71：这一超新星遗迹也被称作SNR 0505.7-6752，它的钱德拉图像揭示了由发光的铁和硅（绿色和蓝色）组成的内部云层被外部的爆炸波（红色）所包围的景象。在白矮星毁灭过程中产生的外部爆炸波，也可以从哈勃望远镜的可见光数据（红色和白色）中看到。 图片制作：朱迪•施密特（CC BY-NC-SA）； 数据来源：NASA / CXC / SAO和NASA / STScI。 DEM L238：在这张DEM L238（也被称作SNR J0534.2-7033）的图像中，还发现了由白矮星爆炸引起的另一超新星遗迹。钱德拉的图像数据在图中表现为黄色、绿色和亮红色，显示了温度高达数百万度的气体；哈勃的数据则显示了系统中温度较低的气体，在红色遗迹的外围边界附近。 图片制作：朱迪•施密特（CC BY-NC-SA）； 数据来源：NASA / CXC / SAO和NASA / STScI。 N132D：不论是在大麦哲伦星云还是它的星系表亲小麦哲伦星云（Small Magellanic Cloud，SMC）中，N132D都是最亮的超新星遗迹，除此之外，N132D还属于一类非常罕见的超新星遗迹，具有较高的氧气含量。科学家认为，我们呼吸的大部分氧气，其来源就是N132D经历过的类似的爆炸。在这张图中，钱德拉的数据表现为紫色和绿色，哈勃的数据则表现为红色。 钱德拉项目由NASA的马歇尔太空飞行中心（Marshall Space Flight Center）负责管理，位于马萨诸塞州剑桥市的史密松天体物理台（Smithsonian Astrophysical Observatory）的钱德拉X射线中心负责控制相关的科学和飞行业务。 参考来源： [1]https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/combing-through-the-x-ray-files.html [2]https://chandra.harvard.edu/photo/2019/archives/  

NASA钱德拉X射线天文台的数据揭示最遥远的黑洞。 Credits: X-ray: NASA/CXO/Pontificia Universidad Catolica de Chile/F. Vito; Radio: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); optical: Pan-STARRS 天文学家利用钱德拉X射线天文台发现了一个早期宇宙的黑洞，它被大量气体掩盖，是迄今为止发现的最远的黑洞。这个黑洞存在于大爆炸后8亿年（当今宇宙年龄为138亿年），这是人们发现的第一个迹象，证明宇宙历史早期存在这样的黑洞。 超大质量黑洞的质量是太阳的数百万到数十亿倍，通常通过从周围物质盘中吸取物质来增长。快速的增长会导致黑洞周围一小片区域内产生大量辐射。科学家将这种非常明亮、紧凑的光源称为“类星体（quasar）”。 根据目前的理论，在黑洞的早期成长阶段，一团密集的气体将物质输送到黑洞周围的圆盘中，将类星体大部分的明亮光线从我们的视野中隐藏起来。随着黑洞快速消耗物质并变得更加庞大，气体云被逐渐耗尽，我们就能观测到黑洞周围明亮吸积盘了。 “在这种‘隐形阶段’找到类星体是极具挑战性的，因为它们的大部分辐射都被吸收，目前的仪器无法检测到，”来自智利天主教大学（位于智利圣地亚哥）的研究员Fabio Vito说道，“多亏了钱德拉和X射线穿透气体云的能力，我们终于做到了。” 这一新发现来自对类星体PSO167-13的观测，最初由夏威夷的光学望远镜Pan-STARRS发现。光学望远镜的观测发现，当宇宙年龄不到10亿年时，大约有200个类星体已经很明亮了。这些望远镜只能有效地发现无遮掩的黑洞，因为薄薄的气体和尘埃云就可以削弱仪器检测到的辐射。由于PSO167-13是这些观测之一，天文学家预计它未被遮挡。 [rml_read_more] Vito的团队通过使用Chandra观测PSO167-13以及其他九个类星体来测试这个想法。经过16个小时的观测后，仅从PSO167-13中检测到三个X射线光子，均具有相对较高的能量。由于低能X射线比高能X射线更容易被吸收，可能的解释是，类星体被气体高度遮挡，因此我们只能检测到高能X射线。 来自宾夕法尼亚州立大学、该文论的共同作者Niel Brandt说：“这完全是一个惊喜，就像我们期待一只飞蛾，却找到了一个茧。正如预期，我们观测到的其他9个类星体都未被遮挡。” 关于PSO167-13的一个有趣的转折是，它所在的星系有一个紧密的伴星系（companion galaxy），之前被智利的阿塔卡马大型毫米波阵列（Atacama Large Millimeter Array，ALMA）和哈勃太空望远镜所观测到。由于它们距离太近，而且X射线源又很微弱，该团队无法确定新发现的X射线是来自类星体PSO167-13还是边上的伴星系。 如果X射线来类星体，那么天文学家需要解释为什么类星体在X射线中看起来非常隐晦，而在可见光下则不然。一种可能性是，在进行光学和X射线观测所间隔的三年中，类星体被遮蔽的程度大幅度并快速增加。 另一方面，如果X射线来自伴星系，那么说明我们在PSO167-13附近探测到了一个新的类星体。这将是我们迄今为止发现的最遥远的类星体对（quasar pair）。 无论是哪种情况，钱德拉探测到的类星体来自大爆炸后8亿年，将是人们看到的最远的类星体。在此之前，最早的记录是13亿年。 研究团队计划跟进更多观测以了解更多信息。 来自智利天主教大学、千禧天体物理学研究所（Millennium Institute of Astrophysics，MAS）的成员、论文共同作者Franz Bauer表示，“通过更长时间的钱德拉观测，我们将能够更好地估计黑洞被遮蔽的程度，并且识别出X射线源究竟是来自类星体还是伴星系。” 研究团队还计划寻找更多高度隐蔽的黑洞。 “我们怀疑早期宇宙中的大多数超大质量黑洞是高度隐蔽的：所以探测并研究它们、了解它们如何能够如此迅速地增长到十亿个太阳质量，是至关重要的，”来自意大利国家天文物理研究所（INAF，位于意大利博洛尼亚）、共同作者Roberto Gilli说。 研究结果的论文发表在《天文与天体物理学报（Astronomy and Astrophysics）》，可在线获取。NASA马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心（位于马萨诸塞州剑桥）控制科学和飞行操作。 有关更多钱德拉的图像、多媒体和相关材料，请访问：http://www.nasa.gov/chandra