中国“龙虾眼”爱因斯坦望远镜发布第一批令人眼花缭乱的太空图像

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爱因斯坦探测器的宽视场X射线望远镜拍摄的X射线中的银河系全景。（图片来源：EPSC/NAO–CAS/DSS/ESO）

据美国生活科学网站（Keith Cooper）：一项名为“爱因斯坦探测器”的中国和欧洲联合X射线望远镜任务正在成功地用宽屏幕观察宇宙，其望远镜设计模仿了龙虾的眼睛。

爱因斯坦探测器于1月9日搭载中国长征火箭发射，目前正在600公里（373英里）高空绕地球运行，正在对其仪器进行测试和校准。它的第一个观察结果在北京的一次研讨会上公布。

X射线的问题在于，它们的能量太高，很难用标准探测器捕捉到。透镜不起作用，因为X射线太强大，不容易折射，而照射在镜面上的X射线只会穿过镜子。相反，只有当这些射线以浅角度照射到反射表面时，X射线检测才有可能。从那里，射线可以被引导到X射线特定的探测器。然而，这种机制带来了一些问题。这意味着X射线望远镜通常只能沿着狭窄的视场探测X射线；在这个视野之外，X射线会以太大的角度照射。

事实证明，龙虾是解决方案——也就是龙虾视觉。更重要的是，科学家们早在20世纪70年代末就意识到了这一基本想法，但花了几十年的时间才成功地将这一想法应用于太空中的X射线望远镜。

人眼通过晶状体（又称角膜）根据折射原理工作。而龙虾则利用反射。它们的眼睛是由微小的管子组成的，这些管子排列成平行的方形孔，位于眼睛表面，每个管子指向不同的方向。光进入导管并向下反射到视网膜。人类的视野范围约为120度，而龙虾则拥有180度的全景视野。

龙虾眼X射线视觉此前已被部署在研究太阳风的任务、行星际任务以及2022年名为LEIA（用于天文学的龙虾眼成像仪）的技术演示任务中。然而，爱因斯坦探测器是第一个在太空望远镜中使用龙虾眼光学器件的探测器。它的宽视场X射线望远镜（WXT）借鉴了龙虾眼的设计，将数十万根管子排列在12个模块中，这些模块的位置使得WXT可以在一次拍摄中获得超过3600平方度的视野，相当于天空的十一分之一。仅在三个轨道上，WXT就可以用X射线成像整个天空。



左边是龙虾眼睛的显微镜图像，数千个微小的方形孔与管道相连，管道通过反射将光引导到龙虾的视网膜。右边是这些方形孔隙的大小图。（图片来源：ESA/J.Camp）

WXT正在寻找夜间撞击的东西：所谓的X射线瞬变，通常是随机或一次性的事件，如恒星燃烧或休眠的黑洞在吞噬一小块物质时突然发光。它还包括恒星爆炸和中子星合并等现象，这些现象是在整个宇宙中回荡的引力波的来源。因此，这种广阔的视野应该允许WXT大大增加我们对这些瞬态的了解。

为了补充WXT的全景，爱因斯坦探测器还携带了第二台望远镜，称为后续X射线望远镜（FXT），这是一种视野更窄的更传统的X射线探测器。FXT提供了WXT发现的任何瞬态的更详细、近距离观察。

尽管它仍处于测试阶段，但特别是WXT已经证明了它的用途。北京研讨会透露，WXT在2月19日发现了第一个X射线瞬态，这一事件与大质量恒星毁灭产生的长伽马射线爆发有关。从那时起，WXT又发现了141个瞬变，其中包括127颗释放X射线耀斑的恒星。



由爱因斯坦探测器的后续X射线望远镜拍摄的半人马座欧米茄球状星团。X射线是从双星系统发出的，在双星系统中，恒星的物质正在吸积到中子星或黑洞上。（图片来源：中国科学院）

在这段试验期间，FXT也一直忙于跟踪WXT在Marc 20上发现的X射线瞬态，并用X射线对几个著名的物体进行成像，包括一个名为Puppis a的超新星遗迹和半人马座巨型球状星团Omega。

欧洲航天局科学主任Carole Mundell在一份声明中表示：“我很高兴看到爱因斯坦探测器的首次观测，它展示了该任务研究广阔的X射线天空并快速发现新天体源的能力。”。“这些早期数据让我们对高能动态宇宙有了一个诱人的一瞥，我们的科学界很快就会看到它。”



爱因斯坦探测器在太空中的插图。（图片来源：中国科学院）

欧洲航天局爱因斯坦探测器项目科学家Erik Kuulkers补充道：“令人震惊的是，尽管仪器尚未完全校准，但我们已经可以使用FXT仪器对WXT首次发现的快速X射线瞬态进行时间关键的后续观测。”。“它展示了爱因斯坦探测器在调查过程中的能力。”

这项调查最初将持续三年，一旦测试正式完成，将于今年6月开始。在最近的研讨会上公布的数据正是我们所能期待的。



超新星遗迹Puppis A，由爱因斯坦探测器的后续X射线望远镜拍摄。（图片来源：中国科学院）

爱因斯坦探测器不仅是中国科学院和欧洲航天局的合作，也是德国马克斯·普朗克地外物理研究所和法国国家空间研究中心的合作。它的发现将为欧洲即将到来的新雅典娜（高能天体物理高级望远镜）任务提供一个庞大的天体目录，该任务目前正处于研究阶段。该仪器计划成为有史以来最强大的X射线望远镜，将于2037年左右发射。