美国国家航空航天局的NuSTAR用“妨害”光进行照明发现

这幅图展示了美国国家航空航天局在太空中的NuSTAR X射线望远镜。两个庞大的部件由一个33英尺（10米）的结构分开，该结构被称为可展开桅杆或吊杆。光在吊杆的一端被收集，并在撞击另一端的探测器之前沿其长度聚焦。

X射线天文台的一个设计怪癖使天文学家有可能使用以前不需要的光来研究比以前更多的宇宙物体。

近10年来，美国国家航空航天局的NuSTAR（核光谱望远镜阵列）X射线空间天文台一直在研究宇宙中一些能量最高的物体，例如碰撞的死恒星和吞噬热气的巨大黑洞。在此期间，科学家们不得不处理从天文台侧面泄漏的杂散光，这会干扰观测，就像外部噪音会淹没电话一样。

但现在，团队成员已经学会了如何利用杂散X射线来了解NuSTAR外围视觉中的物体，同时进行正常的目标观测。这一发展有可能使NuSTAR提供的见解成倍增加。《天体物理杂志》上的一篇新科学论文描述了首次使用NuSTAR的杂散光观测来了解宇宙物体——在本例中是中子星。

中子星是恒星坍塌后留下的物质块，是宇宙中密度仅次于黑洞的天体之一。它们强大的磁场捕获气体粒子，并将它们引导到中子星表面。当粒子被加速并通电时，它们会释放出NuSTAR可以探测到的高能X射线。

这项新研究描述了一个名为SMC X-1的系统，该系统由一颗中子星组成，该中子星围绕银河系（地球的母星系）的两个小星系之一的一颗活恒星运行。当用望远镜观察时，SMC X-1的X射线输出的亮度似乎变化很大，但NuSTAR和其他望远镜几十年的直接观测揭示了波动的模式。科学家们已经确定了SMC X-1在X射线望远镜研究中亮度变化的几个原因。例如，随着中子星在每个轨道上落在活恒星后面，X射线的亮度会变暗。根据该论文，杂散光数据足够敏感，可以捕捉到一些有充分记录的变化。

“我认为这篇论文表明这种杂散光方法是可靠的，因为我们在SMC X-1中观察到了中子星的亮度波动，我们已经通过直接观测证实了这一点，”加州帕萨迪纳加州理工学院的天体物理学家、这项新研究的主要作者McKinley Brumback说。“展望未来，如果我们能在还不知道物体亮度是否有规律变化的情况下，使用杂散光数据来观察物体，并可能使用这种方法来检测变化，那就太好了。”

形式与功能

新方法之所以成为可能，是因为NuSTAR的形状类似于哑铃或狗骨：它在一个33英尺长（10米长）的狭窄结构的两端有两个庞大的部件，称为可展开桅杆或吊杆。通常，研究人员会将其中一个庞大的末端——包含光学器件或收集X射线的硬件——指向他们想要研究的物体。光沿着吊杆传播到位于航天器另一端的探测器。两者之间的距离是聚焦光线所必需的。

但杂散光也会绕过光学器件，通过吊杆的侧面进入探测器。它与望远镜直接观察到的任何物体的光一起出现在NuSTAR的视野中，而且通常很容易用眼睛识别：它形成了一个从图像两侧射出的微弱光的圆圈。（毫不奇怪，杂散光是许多其他太空和地面望远镜的问题。）

在过去的几年里，一组NuSTAR团队成员一直在从各种NuSTAR观测中分离杂散光。在确定了每次观测外围明亮的已知X射线源后，他们使用计算机模型，根据附近有哪个明亮的物体来预测应该出现多少杂散光。他们还观察了几乎每一次NuSTAR观测，以确认杂散光的迹象。该团队创建了一个由大约80个物体组成的目录，NuSTAR为这些物体收集了杂散光观测，并将这些物体命名为“StrayCats”

加州理工学院高级研究科学家、领导StrayCats工作的NuSTAR团队成员Brian Grefenstette说：“想象一下，坐在一个安静的电影院里看戏剧，听到隔壁播放的动作片中的爆炸声。”“在过去，杂散光就是这样——分散了我们试图关注的东西。现在我们有了将额外的噪音转化为有用数据的工具，为使用NuSTAR研究宇宙开辟了一条全新的途径。”

当然，杂散光数据不能取代NuSTAR的直接观测。除了杂散光不聚焦外，NuSTAR可以直接观察到的许多物体都太微弱，无法出现在杂散光目录中。但Grefenstette表示，多名加州理工学院的学生梳理了数据，发现了外围物体快速变亮的例子，这可能是任何数量的戏剧性事件，比如中子星表面的热核爆炸。观察中子星亮度变化的频率和强度可以帮助科学家破译这些物体的情况。

加州理工学院NASA哈勃研究金项目爱因斯坦研究员、StrayCats团队成员Renee Ludlam说：“如果你想寻找X射线源的长期行为或亮度模式，杂散光观测可能是一个更频繁地进行检查并建立基线的好方法。”“当我们没有预料到这些物体的奇怪行为时，或者当我们通常无法将NuSTAR直接指向它们时，它们也可以让我们捕捉到它们的奇怪行为。杂散光观测不能取代直接观测，但更多的数据总是好的。”

更多关于使命

NuSTAR于2012年6月13日推出。这是一项由加州理工学院领导、喷气推进实验室为美国国家航空航天局华盛顿科学任务局管理的小型探测器任务，是与丹麦技术大学（DTU）和意大利航天局（ASI）合作开发的。该望远镜由哥伦比亚大学、美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心和DTU建造。该航天器由轨道科学公司在弗吉尼亚州杜勒斯建造。NuSTAR的任务操作中心位于加州大学伯克利分校，官方数据档案位于美国国家航空航天局高能天体物理科学档案研究中心。ASI提供了任务的地面站和镜像数据档案。加州理工学院为美国国家航空航天局管理喷气推进实验室。