美国国家航空航天局的NuSTAR任务庆祝X射线宇宙研究10周年 |
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![]() 如图所示,美国国家航空航天局的NuSTAR太空望远镜有两个主要部件,由一个30英尺(10米)的桅杆隔开,有时被称为吊杆。光在桅杆的一端被收集,并在击中另一端的探测器之前沿着桅杆的长度聚焦。 经过十年对宇宙中一些最热、密度最高、能量最强的区域的观测,这台小型但强大的太空望远镜仍有更多的东西要看。 美国国家航空航天局的核光谱望远镜阵列(NuSTAR)即将年满10岁。这架太空望远镜于2012年6月13日发射,探测高能X射线,研究宇宙中一些最高能的物体和过程,从吞噬热气的黑洞到爆炸恒星的放射性残骸。以下是NuSTAR在过去十年中让我们看到X射线宇宙的一些方式。 近距离观看X射线 不同颜色的可见光具有不同的波长和不同的能量;类似地,也有一系列的X射线,或能量比人眼能探测到的更高的光波。NuSTAR在该范围的高端探测X射线。在我们的太阳系中,没有多少物体能发射出NuSTAR能探测到的X射线,但太阳确实能探测到:它的高能X射线来自微粒子,即表面的粒子和光的小爆发。NuSTAR的观测有助于深入了解更大的耀斑的形成,这可能会对宇航员和卫星造成伤害。这些研究还可以帮助科学家解释为什么太阳的外部区域日冕比其表面热很多倍。NuSTAR最近还观测到来自木星的高能X射线,解开了几十年来关于它们为什么在过去未被发现的谜团。 ![]() 美国国家航空航天局的NuSTAR在绿色和蓝色观测中看到的来自太阳的X射线来自加热到540万华氏度(300万摄氏度)以上的气体。美国国家航空航天局太阳动力学观测站拍摄的橙色数据显示,物质温度约为180万华氏度(100万摄氏度)。 照亮黑洞 黑洞不发光,但我们所知道的一些最大的黑洞被热气体盘包围,这些热气体盘在许多不同波长的光中发光。NuSTAR可以向科学家展示离黑洞最近的物质发生了什么,揭示黑洞是如何产生明亮的耀斑和热气体喷流的,这些耀斑和热气喷流可以延伸数千光年进入太空。该任务测量了影响银河系其他部分恒星形成的黑洞风的温度变化。最近,事件视界望远镜(EHT)首次直接拍摄了黑洞阴影的图像,NuSTAR提供了支持。NuSTAR与美国国家航空航天局的其他望远镜一起,监测黑洞的耀斑和亮度变化,这些变化将影响EHT对其投射的阴影成像的能力。 NuSTAR在这一领域最大的成就之一是与欧空局(欧洲航天局)的XMM牛顿任务合作,首次对黑洞的自转进行了明确的测量。自旋是黑洞强烈引力扭曲其周围空间的程度,这一测量有助于证实阿尔伯特•爱因斯坦广义相对论的某些方面。 ![]() 这张图显示了一个黑洞被一个由热气组成的吸积盘包围,喷流延伸到太空中。美国国家航空航天局的NuSTAR望远镜帮助测量了这些喷流中的粒子在“开启”并成为明亮光源之前的行进距离,这一距离也被称为“加速区” 寻找隐藏的黑洞 NuSTAR已经确认了数十个隐藏在厚厚的气体和尘埃云后面的黑洞。可见光通常不能穿透这些云层,但NuSTAR观测到的高能X射线可以穿透。这使科学家们能够更好地估计宇宙中黑洞的总数。近年来,科学家们使用NuSTAR数据来了解这些巨星是如何被如此厚的云层包围的,这一过程如何影响它们的发展,以及遮蔽与黑洞对周围星系的影响之间的关系。 ![]() NuSTAR是第一台能够聚焦高能X射线的太空望远镜。这张彩色海报是为庆祝该特派团成立10周年而制作的。在这里免费下载。 揭示“不死之星”的力量 NuSTAR是一种僵尸猎人:它擅长寻找恒星的不死尸体。这些被称为中子星,是大质量恒星耗尽燃料并坍塌后留下的致密物质块。虽然中子星通常只有一个大城市的大小,但它们的密度如此之大,在地球上一茶匙中子星的重量约为10亿吨。它们的密度,再加上强大的磁场,使这些物体具有极高的能量:M82星系中的一颗中子星的能量相当于1000万个太阳。 如果没有NuSTAR,科学家们就不会发现中子星的能量有多大。当M82中的物体被发现时,研究人员认为只有黑洞才能在这么小的区域产生这么大的能量。NuSTAR能够通过检测恒星旋转的脉动来确认该物体的真实身份,并表明许多以前被认为是黑洞的超亮X射线源实际上是中子星。了解这些物质能产生多少能量有助于科学家更好地了解它们的物理性质,这与我们太阳系中发现的任何物质都不同。 解开超新星之谜 在它们的生命中,恒星大多是球形的,但NuSTAR的观测表明,当它们作为超新星爆炸时,它们会变成一团不对称的混乱。太空望远镜通过绘制两次恒星爆炸遗留的放射性物质的地图,追踪碎片的形状,并在这两种情况下揭示了与球形的重大偏差,解开了超新星研究中的一个重大谜团。由于NuSTAR的X射线视野,天文学家现在对几乎不可能直接探测的环境中发生的事情有了线索。NuSTAR的观测结果表明,恒星的内部区域在爆炸时非常湍流。 更多关于使命 NuSTAR于2012年6月13日推出。该任务的主要调查员是Fiona哈里森,他是加州帕萨迪纳加州理工学院物理、数学和天文系主任。美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室为位于华盛顿的美国宇航局科学任务局NuSTAR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。 |