“天关”交付u2002捕获璀璨宇宙“焰火”

《中国科学:物理学 力学 天文学》期刊封面展示了暂现天体EP240408a的发现。科研团队供图

星汉灿烂,中国“天关”,一“眼”千年。

10月31日,中国科学院建院75周年即将到来之际,“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)在轨交付仪式暨成果发布会在北京举行。仪式上,相关单位签署了卫星在轨交付使用证书和委托书,卫星正式在轨交付给中国科学院国家天文台等科学用户使用。

“天关”卫星于今年1月成功发射,科学目标是发现和研究被比喻成“焰火”的宇宙剧烈爆发现象——暂现天体。

会议发布了卫星取得的首批科研成果。“天关”卫星已经捕捉到璀璨的宇宙“焰火”,包括60例确定的暂现天体、480多例恒星耀发、上千例暂现天体候选体、上百例已知天体的爆发等。

命名“天关”

发布会上,“天关”卫星首席科学家、中国科学院国家天文台研究员袁为民解释了爱因斯坦探针卫星命名为“天关”背后的深意。

“天关”源于我国北宋至和元年(公元1054年)司天监观测并记录的 “天关客星”超新星爆发(SN1054)。它作为人类历史上最重要的天文事件之一,被世界科技史界称为“中国新星”。其遗骸形成的蟹状星云是国际天文界广泛引用的《梅西耶星表》(1771)中的第一号天体(M1)。

袁为民表示:“将爱因斯坦探针卫星命名为‘天关’卫星,体现了中国在超新星爆发观测记录方面的深厚渊源和对世界天文学的卓越贡献。”

“天关”卫星观测到的第一个暂现源EP240219a也与“天关客星”相关。2024年2月19日,当科研团队在对蟹状星云遗迹进行定标观测时,EP240219a闪现。

这让科研团队成员不禁感叹,宇宙也对勤勉奋斗的中国科学家十分“眷顾”。

首张全天X射线天图

自2024年1月9日成功发射以来,“天关”卫星以其卓越的X射线探测能力,探测到多种类型的暂现天体,并捕捉到几例可能的新类型暂现源,成功获取了由中国自主研制设备观测到的首张全天X射线天图,标志着X射线时域天文领域进入了新的时代。

袁为民介绍,“天关”卫星上配备了宽视场X射线望远镜(WXT)和后随X射线望远镜(FXT)。它们在为期半年的在轨测试中表现出色,性能超出设计预期。与国际上现有的同领域设备相比,“天关”卫星的探测灵敏度和空间分辨率提高了一个数量级以上。

在测试和运行初期阶段,“天关”卫星已经探测到60例确定的暂现天体、480多例恒星耀发、上千例暂现天体候选体、上百例已知天体的爆发。“天关”卫星团队向国际天文界发送了100多条天文警报,引导了国际上地面和空间多波段设备的后随观测。

此外,“天关”卫星所探测到的X射线暂现天体种类丰富,涉及恒星、白矮星、中子星、各种质量类型的黑洞、伽马射线暴、超新星等,辐射持续时长覆盖了几十秒到几个月,跨越了6个数量级。

首篇科学论文在中国期刊发表

10月30日,我国学术期刊《中国科学:物理学 力学 天文学》上发表了“天关”卫星第一篇正式刊发的科学论文。

“天关”卫星于2024年4月8日发现的一例暂现天体EP240408a,其特征与迄今所观测到的任何一类已知天体均不完全相符。

“天关”卫星记录了其X射线的一次剧烈爆发。此次爆发的亮度增强了300倍,持续了仅12秒。随后,该X射线天体在大约10天后消失。

科研团队进一步分析后发现,此类中等时标的暂现源在以往的观测中很少出现。EP240408a的发现可能预示着存在一个全新的暂现源类型。

由于EP240408a出现的地点位于我国古代星图上“南方朱雀七宿”的天区范围内,而新出现的天体又被称为“客星”,因此,科研团队将其命名为“南方朱雀客星”。

“‘天关’卫星早期的这些发现表明,我们之前所认识的暂现天体可能只是冰山一角。这些发现对于我们研究宇宙中的极端天体及其物理过程的多样性具有重要意义。”发布会上,袁为民强调,“我们将这一创新成果发表在中国的期刊上,更加彰显了人类探索宇宙征程中的中国贡献!”

捕获256亿光年之外的伽马暴

“天关”卫星的视野不仅限于银河系。在小麦哲伦星云中,它探测到一个新的爆发源。研究表明,其产生于一个非常罕见的白矮星与Be星组成的双星系统。在更远的宇宙中,“天关”卫星发现了一例正在发生的中等质量黑洞潮汐瓦解恒星事件EP240222a,实现了我国自主天文观测设备在该领域“零的突破”。

科研团队介绍,“天关”卫星探测到了约40例来自宇宙深处的快速暂现天体。其中,最远的天体是来自256亿光年之外的伽马射线暴EP240315a。

他们相信,这一发现表明了“天关”卫星探测来自遥远早期宇宙伽马暴的能力,为进一步理解恒星坍缩产生黑洞及相对论性喷流的物理过程提供了新的视角。

需要指出的是,这项工作是由“天关”卫星科学团队主导、联合国际上包含多个空间和地面多波段设备的庞大国际合作团队完成的。在科学家们看来,这不仅体现了“天关”卫星在时域天文领域的引领作用,也彰显了其国际影响力。

“这一发现为研究‘宇宙再电离时期’的天体提供了宝贵资料。”英国莱斯特大学教授Paul OBrien对这项成果给予了高度评价。

除了暂现天体以外,“天关”卫星还探测到其他丰富的天体类型,包括我们所在的太阳系内的月球、木星和土星,宁静状态下的恒星,银河系和近邻星系中的致密天体与超新星遗迹,及遥远星系中的超大质量黑洞和相对论性喷流和星系团等。

空间科学进入“快车道”

“天关”卫星是中国科学院空间科学(二期)战略性先导科技专项立项并实施的空间科学卫星系列任务之一,是面向时域天文学的发现型X射线天文探测卫星。

“科研团队历经10年时间,打造了国际上首个X射线大视场聚焦成像卫星,具有国际领先的性能。当前,卫星运行稳定,已取得初步科学探测成果,也具备开展长期科学观测的能力,满足交付用户使用的条件。”“天关”卫星系统总师、中国科学院微小卫星创新研究院副院长张永合在卫星在轨测试总结报告中表示,“我坚信‘天关’卫星一定能支撑我们抢占空间科学的科技制高点!”

长期以来,中国科学院充分发挥体系化、建制化优势和国家战略科技力量的骨干引领作用,于2011年发起空间科学先导专项,发射了一系列科学卫星,初步形成了以“悟空”“墨子号”等为代表的我国空间科学卫星系列,推动我国空间科学进入创新发展“快车道”。

今年是中国科学院建院75周年。中国科学院副院长、空间科学卫星工程总指挥丁赤飚在出席活动时表示,在《国家空间科学中长期发展规划(2024—2050年)》的指引下,中国科学院将梯次布局和论证实施系列科学卫星,统筹并强化任务驱动的基础研究,打造空间科学高水平人才队伍,深化国际合作,加强科学普及,不断取得具有重大国际影响力的标志性原创成果,加快实现空间科学高质量发展、成为空间科学强国的目标。

(原载于《中国科学报》 2024-11-01 第1版 要闻)