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清华“极光计划”让停滞了40多年的天体软X射线偏振探测窗口重新开启

2020-05-12 10:10:19来源:北京日报

2018年10月29日,酒泉卫星发射中心,“铜川一号”立方星发射,其上搭载的“极光计划”顺利升空。这是清华大学主导的首个空间天文项目,经过一年观测,项目配备的X射线偏振探测器捕捉到来自蟹状星云及脉冲星的软X射线偏振信号,首次发现了脉冲星自转突变和恢复过程中X射线偏振信号的变化,说明在此过程中脉冲星磁场发生了变化。该研究实现了历史上第二次天体软X射线偏振测量,成果作为封面文章,昨日登上《自然·天文》封面。

X射线偏振是独特的天体物理探针,是研究黑洞、中子星等高能天体的强有力工具。1968年,美国科学家率先开展了天文X射线偏振探测,于1971年在一次探空火箭实验中见到了成功的希望,并在1975年发射的OSO-8卫星上完成了第一次精确测量,这次测量发现了蟹状星云的X射线辐射具有高度线偏振。

此后几十年间,科学家们不断论证X射线偏振的用处,预言探测偏振对天体物理的科学价值,却再也没有第二个X射线偏振探测设备在空间运行。

2009年,清华大学天文系教授冯骅带领团队开始对X射线偏振探测技术进行探索和改进,在实验室里研制出了高灵敏度低系统误差的X射线偏振仪。此后,冯骅提出了“极光计划”,希望利用微纳卫星平台在卫星轨道上直接验证X射线偏振探测技术,从而提高技术成熟度,为未来的空间天文探测所用。2018年10月29日,“极光计划”探测器发射升空。

2019年3月,探测器进入常规观测,盯准了蟹状星云脉冲星。似时钟般运转精确的脉冲星常会在某一个时间点发生一次自转周期突变,然后慢慢恢复,这种自转突变是一种有待研究的天文现象。2019年7月23日,蟹状星云脉冲星的自转突变被X射线偏振探测器捕捉。“我们观测到,经过几十天,脉冲星的偏振信号又慢慢恢复,这一新的发现有助于理解脉冲星、也就是中子星的内部结构。”冯骅团队成员、清华博士后李红回忆。

“极光计划”探测器是40多年来国际上第一个专门的空间天文软X射线偏振探测器,这一探测结果也标志着停滞了40多年的天文软X射线偏振探测窗口重新开启。(记者 任敏)

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