研究黑洞与星系团历史的新一代X射线空间天文台升空

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-03-07 08:46:19 | 作者:Melipal | 来源:NASA | 浏览:2447次 ]

原文标题:New X-ray Space Observatory to Study Black Holes and History of Galaxy Clusters

作者:Francis Reddy

原文来自:NASA

Posted: 2016. 2. 17

编译:Melipal   审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载。)

2016年2月10日:黑洞狂热分子、星系团迷与X射线天文学家都要兴奋了。2月12日星期五,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)将从日本鹿儿岛的种子岛航天中心发射该机构的第6颗专门用于X射线天文学研究的卫星——ASTRO-H。这架空间天文台携带有最先进的仪器,还有由马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)NASA戈达德太空飞行中心承建镜面的两架望远镜。发射定于美国东部标准时间凌晨3时45分开始。

ASTRO-H预计可以为宇宙中的众多高能现象带来突破,从即将落入黑洞的超热物质到庞大星系团的演化。它携带着4台先进的仪器,覆盖从大约300电子伏特(eV)低能“软”X射线到最高60万电子伏特软伽玛射线的宽能段。作为比较,可见光的能量介于大约2到3 eV之间。

这张插图描绘了ASTRO-H的科学仪器及其相关望远镜的安装位置以及覆盖能段。1 keV相当于1000电子伏特,也是可见光能量的数百倍。点击下载NASA戈达德科学可视化工作室提供的额外图片(图片提供:JAXA/NASA's Goddard Space Flight Center)

戈达德X射线天体物理实验室的主任、ASTRO-H的美方任务科学家罗伯特·彼得(Robert Petre)说:“只要物质中的粒子达到了足够高的能量,我们就可以看到来自遍布整个宇宙的辐射源的X射线辐射。这样的能量源自许多不同的过程,其中包括恒星爆发、极端的磁场或是强引力场,而X射线可以让我们研究这些现象使用其他波段工作的仪器看不到的一面。”

ASTRO-H可以观测较前任——在2005年到2015年之间服役的朱雀卫星暗10余倍的X射线源。为了实现这一目标,ASTRO-H使用了4架共焦的X射线聚焦望远镜以及一组先进的仪器,来同时覆盖天文台的整个观测能段。

2015年11月27日,位于日本筑波航天中心内的ASTRO-H卫星。左下方开启的舱段内安装有软X射线光谱仪。(图片提供:JAXA)

两架完全相同的软X射线望远镜配备有戈达德小组提供的镜面组件。由于X射线可以穿透物质,反射镜的工作原理是科学家所称的掠射光学。类似于石头滑过水面,滑过曲面镜单元表面的X射线光子被反射到望远镜的焦点上。

戈达德小组为ASTRO-H搭载的两架软X射线望远镜提供了完全相同的镜面组件。每组镜面直径17.7英寸(45厘米),拥有1624面精密校准的铝质镜面单元,排列在203层同心壳层上。(图片提供:NASA's Goddard Space Flight Center)

其中一架软X射线望远镜将光线聚焦到一台日本建造的宽视场照相机上,而另一架则将光线导入软X射线光谱仪(SXS)中,这台仪器是戈达德的小组与来自日本若干机构的同行密切合作研发建造的。通常天文学家可以通过将辐射分散成彩虹般的光谱,来了解宇宙辐射源的组分、温度和运动情况,不过天体物理学家设计了另一种测量X射线“色彩”的方法——微量能法(microcalorimetry),它可以获得空前的光谱分辨率,而不会像先前的方法那样让辐射强度减弱。

ASTRO-H卫星软X射线光谱仪的核心是中央的微量能器阵列。图中边长5毫米的正方形构成了一个拥有36像素的阵列。每个像素边长是0.824毫米,相当于圆珠笔滚珠宽度的一半左右。探测器的视场大约是3角分,相当于满月视直径的10分之一。(图片提供:NASA's Goddard Space Flight Center)

来自戈达德中心的ASTRO-H合作组美方首席研究员理查德·凯利(Richard Kelley)说:“美日两国花费多年来建造这台强有力的新型X射线光谱仪,这是一项非凡的任务。我们最终可以在卫星其他仪器的支持下应用这一根本性的新技术来观测大量不同的天体,尤其是星系团与黑洞系统,国际小组对此感到非常兴奋。”

来自美国的研究者率先在20世纪80年代开发了这种革命性的技术。ASTRO-H将为天体物理学家提供第一个机会,在X射线轨道天文台上使用这一技术。

当组成光线的单个粒子——光子撞击探测器时,SXS可以测量由此产生的热量。SXS通过测量单个光子产生的微小温度升高,精确测定每个X射线光子的能量。由于温度变化非常微弱,探测器使用日美两国开发的冷却系统被冷却到了零下459.58华氏度(零下273.1摄氏度)——这只是绝对零度之上的几分之一度。由于一系列互相嵌套的真空容器(杜瓦瓶)、超冷液氦以及一系列机械和磁场制冷机构的作用,SXS预期可以在超过3年的时间里保持这样的低温。

戈达德SXS小组的成员卡罗琳·基尔本(Caroline Kilbourne)说:“SXS使用的技术领导着新一代X射线成像光谱仪,它们可以分辨出上万种X射线色彩,同时还能拍摄锐利的影像。”

这架天文台还携带有两台完全相同的硬X射线望远镜以及相关照相机,它们可以对介于5000到8万电子伏特之间的X射线成像;此外它还携带有两台软伽玛射线探测器,它们对6万到60万电子伏特的光子敏感,但不能成像。这两组望远镜以及相关仪器都由日本提供。

ASTRO-H由JAXA属下的宇宙科学研究本部开发。这颗卫星由JAXA领导的国际合作小组建造,NASA的戈达德中心以及来自日本、加拿大和欧洲的研究机构为此作出了贡献。戈达德中心其他的任务包括分析软件以及数据处理流程的开发,还有专用设施的创立,后者的目的是支持经常性的客座观测员计划,使得美国科学界可以更广泛地参与到该计划中来。

更多关于ASTRO-H的信息请访问:http://www.nasa.gov/astro-h。发射过程的现场直播视频请访问:http://www.nasa.gov/content/jaxa-youtube-live-astro-h-launch

编辑注,2016年2月16日:ASTRO-H的发射时间被改为2016年2月17日东京时间下午5时45分(美国东部标准时间凌晨3时45分,合北京时间下午4时45分)。发射窗出现在东京时间下午5时45分到6时30分(美国东部标准时间凌晨3时45分至4时30分)。倒计时可以在YouTube网站实时观看

编辑注,2016年2月17日:ASTRO-H于美国东部标准时间2016年2月17日凌晨3时45分成功发射升空。随后这颗卫星展开了太阳能电池板,现在运行正常。ASTRO-H将为天文学家提供高能宇宙的全新视野,并被更名为“瞳(Hitomi)”,意为“眼中的瞳孔”。

(全文完)

Tags:X射线空间天文台 ASTRO-H

责任编辑:Melipal

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