美将发射新探测器探索极端天体X射线之谜

2021-12-07 11:54:22 来源：中国科学报

IXPE上的3台望远镜在发射后会延展4米。图片来源：NASA/BALL AEROSPACE

据《科学》报道，近期，美国宇航局（NASA）将启动耗资1.9亿美元的小型任务，发射X射线成像偏振探测器（IXPE），观察宇宙中一些最暴烈的天体，了解它们如何运行。通过探测塌缩恒星和黑洞中的强磁场如何排列或极化其发射的X射线，IXPE可以揭示这些天体是如何释放出辐射的。

早在1975年，NASA就发射了轨道太阳观测卫星8（OSO-8），观测到了来自蟹状星云的偏振X射线。

“我们想弄清楚这些X射线是如何产生的。”NASA马歇尔太空飞行中心首席研究员Martin Weisskopf说。

当气体被加热到数亿摄氏度并电离产生等离子体时，就会发出X射线。通常，光子自身的磁场和电场垂直于其路径振荡，但方向是随机的。然而，它们诞生时的磁场条件或其在“旅途”中的相互作用，会迫使光子在同一平面上振荡，从而使光子极化。

IXPE将花费至少两年的时间，用3台望远镜仔细观测宇宙X射线源。意大利航天局提供的传感器可在二甲醚气体层中探测X射线及其偏振。X射线击中一个气体原子，打击出的电子会向偏振方向发射，并留下一条可见轨迹。对轨迹及其分布进行成像，可使观察者了解光的偏振程度以及方向。

脉冲星——这些旋转的死星残骸是IXPE的主要目标。它们有时每秒可旋转数百次，发射无线电波、X射线和其他辐射光束，如灯塔的光一般掠过地球。

Weisskopf介绍，此前的一些理论分析表明，X射线起源于脉冲星的不同位置，比如其表面、两极或大气层。理论预测X射线偏振信号会随着脉冲时间的变化而变化，IXPE则能够根据变化对其进行区分。

这次任务的目标还包括磁星，这是一种类似脉冲星的恒星遗迹，但其磁场更为强大，比地球上产生的任何磁铁的磁场强1亿倍。磁力线迫使快速移动的电子进入螺旋路径，导致它们喷射出被称为同步辐射的偏振X射线。通过测量磁星自转时X射线偏振的变化，可以绘制出整个磁星的磁场，观察导致暴发的混乱磁场线。

此外，IXPE还有助于理解遥远星系中超大质量黑洞发射巨大喷流的机制。（徐锐）