EP衛星后隨X射線望遠鏡首批在軌科學探測圖像解讀

　　【儀表網 產業報道】4月27日下午，以“空間科學 探索與發現”為主題的2024中關村論壇年會平行論壇——“空間科學論壇”成功舉辦，論壇發布了EP衛星首批在軌探測圖像。
 

　　愛因斯坦探針(EP)衛星的有效載荷包括兩個X射線望遠鏡：一臺大視場(3600平方度)的龍蝦眼式軟X射線監視器(WXT)和一臺視場約為1°×1°的Wolter-I型后隨X射線望遠鏡(FXT)。FXT載荷又稱“風行天”，是中國主導的國際合作空間X射線望遠鏡，由中國科學院高能物理研究所承擔，中國科學院理化技術研究所參與，歐洲航天局(ESA)和德國馬克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)通過國際合作的方式參與。作為EP衛星的兩個科學載荷之一，FXT首次展示了優秀的X射線成像性能，同時兼具高能量分辨與高時間分辨能力。
 

　　首批公布的FXT在軌科學探測圖像共6幅，以下對超新星遺跡Crab和巨橢圓星系M87兩幅觀測圖像進行詳細解讀。
 

　　Crab解讀
 

　　公元1054年7月4日，在金牛座的天關星附近星空突降“客星”，其異常明亮——這也就是后來天文學家所定義的蟹狀星云超新星，也正是這顆“天關客星”爆發后的“遺骸”，經千年演化，形成了現在人類觀測到的蟹狀星云。蟹狀星云在X射線波段發出強烈輻射，致使很多X射線天文望遠鏡產生嚴重的光子堆積效應，使圖像亮度飽和而產生畸變。
 

　　FXT項目團隊對探測器進行了創新性的開發，針對亮天體源專門設計了開窗和時變兩種科學觀測模式。圖1展示的是FXT在0.3~10keV的開窗觀測圖像，曝光為2600秒。圖像清晰地展現了蟹狀星云的全貌，圖像中心處的亮點即為年輕而有活力的蟹狀星云脈沖星(Crab pulsar)，周圍陀螺狀的光斑為脈沖星發出的高能粒子與周圍物質作用而產生的脈沖星風云。
 

圖 1 蟹狀星云
 

　　Crab脈沖星是顆強大的電磁輻射源，以33.8毫秒的周期快速旋轉，并以很窄的波束輻射X射線光子，這些光子被FXT接收到，從而形成了我們看到的脈沖輪廓。FXT采用時變模式，可以獲得脈沖星的精確的脈沖周期、相位和輪廓。
 

圖 2 蟹狀星云脈沖星的輪廓
 

　　圖2為FXT采用時變模式觀測到的Crab脈沖星的脈沖輪廓，橫坐標為相位，縱坐標為光子數。
 

　　M87解讀
 

圖 3FXT觀測巨橢圓星系M87所得圖像
 

　　M87是室女座星系團(Virgo星系團)中的明亮的巨橢圓星系。圖3為FXT采用全幀科學觀測模式直接獲得的M87圖像，能段為0.3~10 keV，曝光時間為39 ks。不同于光學圖像，在X射線能段，FXT觀測到M87內存在大量彌散的熱氣體。M87的中心亮斑來自于星系中心活動星系核(AGN)的輻射，向外還伸出了兩個臂狀結構，這是由于AGN活動所產生的射電氣體噴流把冷氣體裹挾出來，冷氣體密度大，而使輻射增強，最終形成了明亮的臂狀結構。此外，在M87外圍，還清楚地觀測到表面亮度發生階躍變化，形成“冷鋒”。在圖3中還放置了國際上主要Wolter-I型X射線望遠鏡的視場示意圖，左上為美國Chandra望遠鏡視場范圍，左下為日本Suzaku望遠鏡視場范圍，右上為歐洲的XMM-Newton望遠鏡視場范圍。與這些望遠鏡相比，FXT的視場是一個完整的整體，沒有用多個CCD進行拼接，因而視場內沒有縫隙；此外，FXT的視場要大很多，對M87外圍的“冷鋒”結構一覽無余，甚至還可以看到更外圍來自于室女座星系團氣體的X射線輻射。
 

　　初步的測試結果表明，FXT望遠鏡的功能性能指標都達到或超出了設計要求。歷時七載，收獲的成果離不開FXT團隊中每一位成員的付出與努力，這一路走來，每一步腳印都堅實而有力量。圖4為EP衛星發射前夕，高能物理研究所領導和FXT團隊部分成員在西昌衛星發射中心的合影。
 

　　下一階段，FXT將繼續按照既定計劃開展并完成在軌詳細標定。正式交付運行后，FXT將成為空間X射線天文觀測的又一利器。