美国国家航空航天局的IXPE标志着X射线天文学突破性的两年

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（）据美国国家航空航天局（贝丝·里奇韦）：12月9日，天文学家和物理学家将纪念美国国家航空航天局的IXPE(成像X射线偏振探测器)任务中具有里程碑意义的X射线科学两周年。

IXPE是美国国家航空航天局和意大利航天局研究偏振X射线光的联合任务。偏振是光的一种特性，它可以帮助揭示光从哪里来的信息，例如发出光的超强能量源的几何形状和内部工作原理。



IXPE在开始研究宇宙的科学操作之前在太空部署的gif图。图像：美国国家航空航天局

IXPE于2021年12月9日发射，在大约340英里高的轨道上围绕地球运行，研究距离地球数千到数十亿光年的强大宇宙现象发出的X射线，包括类星体、黑洞、中子星等超新星爆炸的残余物，以及从黑洞附近以接近光速喷出的高能粒子流。

“将X射线偏振添加到我们的无线电、红外和光学偏振武库中是一个游戏改变者，”波士顿大学天文学家艾伦·马歇尔说，他领导的一个研究小组使用IXPE的发现来分析超大质量黑洞。

“我们都很熟悉X射线作为人类诊断医疗工具的作用。在这里，我们以不同的方式使用它们，但它们再次揭示了对我们隐藏的信息，”斯坦福大学研究员Josephine Wong说，她在10月份与人合著了基于对脉冲星风星云MSH 15-52的IXPE研究的发现，该星云距离地球约16，000光年。

天体物理学家马丁·魏斯科普夫(Martin Weisskopf)同意这一观点，他领导了IXPE的开发，并担任其首席研究员，直到2022年春天从美国国家航空航天局退休。

毫无疑问，IXPE已经证明了X射线偏振测量对于加深我们对这些迷人的X射线系统如何工作的理解是重要的和相关的。

马丁·韦斯科普夫


退休的IXPE首席研究员

例如，科学家们早就了解了马卡里安501和马卡里安421等黑洞的基本原理。blazar是一个巨大的黑洞，以圆盘中围绕它旋转的物质为食，产生强大的高速宇宙粒子喷流，这些喷流沿着垂直于圆盘的两个方向冲走。但是这些粒子是如何被加速到如此高的能量的呢？2022年11月发表在《自然》杂志上的IXPE数据确定了马卡里安501的罪魁祸首是喷气式飞机内的冲击波。



这张美国国家航空航天局图片显示了黑洞喷流的结构，这是由最近对布拉扎·马卡里安421的IXPE观测推断出来的。喷流由一个吸积盘驱动，显示在图像的底部，随着时间的推移，吸积盘围绕黑洞运行并落入黑洞。螺旋磁场穿过射流。IXPE的观测表明，X射线必定是由磁场周围螺旋运动的物质产生的震动产生的。插图显示的是激波阵面本身。x射线是在离激波阵面最近的白色区域产生的，而光辐射和射电辐射必定来自离激波更远的湍流区域。图像：美国国家航空航天局/巴勃罗·加西亚

“这是一个我们已经解决了40年的谜，”亚尼斯·利奥达基斯说，他是阿拉巴马州亨茨维尔美国国家航空航天局马歇尔航天飞行中心的美国国家航空航天局博士后项目研究员。“我们终于有了拼图的所有碎片，他们制作的图片是清晰的。”

IXPE还对三个超新星遗迹——仙后座A、第谷和SN 1006——进行了前所未有的研究，帮助科学家进一步了解这些现象周围磁场的起源和过程。

IXPE甚至揭示了我们银河系的基本机制。根据IXPE在2022年初进行的研究，银河系中心的超大质量黑洞人马座A*在大约200年前醒来，吞噬气体和其他宇宙碎屑，引发了强烈的短暂X射线耀斑。通过结合来自IXPE、Chandra和欧洲航天局XMM-Newton任务的数据，研究人员确定该事件发生在19世纪初。

“我们知道在人类的时间尺度上，活跃的星系和超大质量黑洞会发生变化，”美国国家航空航天局马歇尔大学IXPE项目科学家Steve Ehlert说。“IXPE帮助我们更好地理解银河系中心黑洞变化的时间尺度。我们渴望进一步观察它，以确定哪些变化是典型的，哪些是独特的。”



这张超新星遗迹SN 1006的新图像结合了来自IXPE和美国国家航空航天局钱德拉X射线天文台的数据。钱德拉探测器探测到的红色、绿色和蓝色元素分别反射低、中、高能量的X射线。测量X射线光偏振的IXPE数据在左上角显示为紫色，并添加了代表残余磁场向外运动的线条。图像：x光:美国国家航空航天局/CXC/骚(钱德拉)；、南京大学/南京大学/周等；IR:美国国家航空航天局/JPL/加州理工/斯皮策；图像处理:美国国家航空航天局/CXC/萨奥/施密特

IXPE还支持对意料之外的宇宙事件的观察——例如有史以来记录的最亮的强辐射脉冲，它在2022年10月突然席卷了我们的太阳系。

研究人员说，该脉冲来自一次强大的伽马射线爆发，这种爆发可能一万年才发生一次。IXPE支持来自美国国家航空航天局费米太空望远镜和其他成像器的数据，帮助确定强大的发射是如何组织的，并确认地球成像器几乎直接正面观察到喷射。

也许最让太空科学家兴奋的是IXPE数据如何颠覆了关于各种高能源的传统智慧。

“在过去的两年中，我们看到的如此多的偏振X射线结果是一个巨大的惊喜，将理论模型扔出了窗外，”Ehlert说。

看到我们没有预料到的结果引发了新的问题，新的理论。真的很刺激！

史蒂夫·埃勒特


IXPE项目科学家

这种兴奋感在全世界的IXPE合作伙伴中持续增长。今年6月，该任务在最初两年飞行的基础上正式延长了20个月，这意味着IXPE将至少在2025年9月之前继续观测整个宇宙的高能X射线辐射。

新的一年也将标志着IXPE普通观测者计划的开始，该计划邀请世界各地的天体物理学家和其他空间科学家提出并参与使用IXPE望远镜的研究。从2024年2月开始，IXPE多达80%的时间将对更广泛的科学界开放。

关于IXPE任务

IXPE是美国国家航空航天局和意大利航天局与12个国家的合作伙伴和科学合作者的合作项目。IXPE由美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心领导。鲍尔航空航天公司总部设在科罗拉多州布鲁姆菲尔德，与位于博尔德的科罗拉多大学大气和空间物理实验室共同管理航天器的运营。