2022年8月27日，在太原舉行的第二屆中國(guó)空間科學(xué)大會(huì)上，來自中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的研究人員發(fā)布了EP-WXT探路者的首批在軌實(shí)測(cè)結(jié)果。該設(shè)備是愛因斯坦探針（EP）衛(wèi)星寬視場(chǎng)X射線望遠(yuǎn)鏡（WXT）的一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，于北京時(shí)間2022年7月27日搭載由中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院抓總研制的空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星（SATech-01）發(fā)射升空。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)旨在開展一系列在軌測(cè)試和觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，為未來EP-WXT盡早開展科學(xué)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。EP衛(wèi)星是由中科院主導(dǎo)的衛(wèi)星，歐洲空間局和德國(guó)馬普地外物理研究所參與合作，計(jì)劃于2023年底發(fā)射。
該儀器采用了先進(jìn)的微孔龍蝦眼X 射線聚焦成像技術(shù)，觀測(cè)視場(chǎng)可達(dá)340平方度（18.6度x18.6度），是國(guó)際上首個(gè)寬視場(chǎng)X射線聚焦成像望遠(yuǎn)鏡。相比國(guó)際上其它X射線聚焦成像望遠(yuǎn)鏡，其視場(chǎng)大小提高了100倍左右。截至目前，儀器已開展了為期4天的在軌測(cè)試觀測(cè)，成功獲得了一批天體的真實(shí)X射線實(shí)測(cè)圖像和能譜。這是國(guó)際上首次獲得并公開發(fā)布的寬視場(chǎng)X射線聚焦成像天圖。儀器的關(guān)鍵器件包括36片微孔龍蝦眼鏡片組成的X射線聚焦鏡組件和4片大陣列CMOS傳感器組成的焦面探測(cè)器，均為我國(guó)自主研發(fā)。這也是首次將CMOS傳感器應(yīng)用于空間X射線天文探測(cè)。EP衛(wèi)星將搭載12個(gè)相同的WXT望遠(yuǎn)鏡模塊，總視場(chǎng)可達(dá)3600多平方度。
(資料圖)
科學(xué)家利用該儀器首先觀測(cè)了銀河系中心天區(qū)（圖1）。結(jié)果顯示，單次觀測(cè)就能夠同時(shí)探測(cè)到多個(gè)方向上的X射線源，包含了恒星級(jí)質(zhì)量黑洞和中子星。觀測(cè)也捕捉到一個(gè)X射線輻射增亮數(shù)倍的中子星X射線雙星（圖2左）。同時(shí)，從數(shù)據(jù)中還能獲得這些天體X射線輻射強(qiáng)度隨時(shí)間變化的信息，以及天體的X 射線能譜。觀測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果（圖2右）相比高度一致。該儀器也觀測(cè)了銀河系的近鄰星系——大麥哲倫云（圖3），單次觀測(cè)即可覆蓋整個(gè)星系，同時(shí)探測(cè)到包含黑洞和中子星的多個(gè)X射線源。通過未來更多的觀測(cè)，寬視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡將能高效地監(jiān)測(cè)天體的X射線光變，預(yù)期將發(fā)現(xiàn)新的暫現(xiàn)源。圖4展示了對(duì)著名的天鵝座超新星遺跡的成像結(jié)果，表明了龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡對(duì)彌散源的成像能力。對(duì)超新星遺跡Cas A的觀測(cè)，則充分展示了CMOS探測(cè)器優(yōu)秀的X射線能譜分辨率（圖5）。儀器還探測(cè)到距離8.14億光年的遙遠(yuǎn)類星體的X射線，證明其對(duì)較暗弱的X射線源的探測(cè)能力（圖6）。
初步測(cè)試結(jié)果表明，儀器功能正常，為滿足EP寬視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)需求奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。EP衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院國(guó)家天文臺(tái)袁為民博士表示，“這些結(jié)果十分激動(dòng)人心，表明我們的儀器能夠獲得預(yù)期科學(xué)數(shù)據(jù)，為此我們付出了十多年的努力。我對(duì)未EP的科學(xué)能力充滿信心“。國(guó)際上該領(lǐng)域著名專家，英國(guó)萊斯特大學(xué)P. O’Brien教授和R. Willingale教授表示：“WXT的首光結(jié)果令人印象深刻。這是第一個(gè)寬視場(chǎng)X射線聚焦望遠(yuǎn)鏡，創(chuàng)造了一個(gè)新記錄。…… 幾十年來，我們一直在期待一個(gè)真正的寬視場(chǎng)軟X 射線望遠(yuǎn)鏡，EP-WXT探路者的成功運(yùn)行令人振奮。這項(xiàng)技術(shù)將對(duì)X射線天空的監(jiān)測(cè)帶來變革性的推動(dòng)，這項(xiàng)試驗(yàn)也表明了EP衛(wèi)星巨大的科學(xué)潛力。”
該儀器由中科院國(guó)家天文臺(tái)和中科院上海技術(shù)物理研究所聯(lián)合研制，國(guó)家天文臺(tái)X射線成像實(shí)驗(yàn)室于2011年開始研發(fā)龍蝦眼X射線成像技術(shù)，與北方夜視技術(shù)股份有限公司開展密切合作，聯(lián)合研發(fā)核心微孔光學(xué)器件，器件由北方夜視提供。中科院國(guó)家空間科學(xué)中心和中科院電工研究所也參與儀器的研制。SATech-01是中科院空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星系列的首發(fā)星，由中科院立項(xiàng)。EP衛(wèi)星由中科院空間科學(xué)（二期）戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)支持，中科院國(guó)家空間科學(xué)中心是空間科學(xué)（二期）先導(dǎo)專項(xiàng)總體單位，衛(wèi)星由中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院抓總研制。
圖1:寬視場(chǎng) X射線望遠(yuǎn)鏡模塊對(duì)銀河系中心天區(qū)單次觀測(cè)獲得的X射線圖像（視場(chǎng)18.6度x18.6度）。背景為Gaia的光學(xué)全天圖像（銀河系Gaia圖片來自https://www.sci.news/astronomy/gaia-second-release-05950.html）。
圖2:對(duì)銀河系中心天區(qū)單次觀測(cè)獲得的X射線圖像（左圖）和仿真圖像（右圖），左右圖的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)同為800秒，視場(chǎng)18.6度x18.6度。（左圖中紅色標(biāo)記的是捕捉到的一個(gè)變亮的中子星X射線雙星）。
圖 3:左圖：近鄰星系大麥哲倫云的DSS光學(xué)圖像（https://archive.eso.org/dss/dss）；右圖：寬視場(chǎng)X射線望遠(yuǎn)鏡對(duì)大麥哲倫云進(jìn)行700秒觀測(cè)后得到的X射線圖像（1 個(gè)CMOS視場(chǎng)，9.3度x9.3度）。
圖 4:觀測(cè)到的天鵝座環(huán)狀星云 (角直徑2.5 度) 的X射線偽彩色圖像（顏色代表光子的能量，紅色 0.3-0.6 keV; 綠色 0.6-0.8 keV; 藍(lán)色 0.8-2.0 keV），觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)為600秒。
圖 5:觀測(cè)到的超新星遺跡Cas A的X射線能譜，觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)為1100秒。分析表明能譜分辨率為150eV
圖 6:對(duì)遙遠(yuǎn)的類星體3C 382（紅移0.056，距離8.14億光年）的探測(cè)，表明儀器具有對(duì)較暗弱X射線源的探測(cè)能力
標(biāo)簽： 宇宙大視場(chǎng)
