中國將造新一代「觀天神器」愛因斯坦探針,超強視力可讓黑洞現形

今年1月28日,中國《2021中國的航太》白皮書發佈,指出未來五年空間科學研究方面將圍繞宇宙起源和演化、太陽系與人類的關係等科學主題深化基礎理論研究,論證和開展空間科學計畫,並孵化重大空間科學研究成果。其中講到未來5年中國將圍繞極端宇宙、時空漣漪、日地全景、宜居行星等科學主題研製空間引力波探測衛星、愛因斯坦探針、先進天基太陽天文臺等高端天文觀測裝備,可能大家對其中的愛因斯坦探針比較陌生,它是個啥東西呢?

​「愛因斯坦探針」的正式名稱實際上是「引力波暴高能電磁對應體全天監測器」,簡稱GECAM,通過其名稱也能看出它主要是用來探測引力波和高能射線的一種裝置,實際上中國之前已經製造出了這種「觀天神器」,並且將它發射到太空中了,2020年12月10日,中國在西昌衛星發射中心用長征十一號遙九型固體運載火箭將它發射升空,衛星很快進入預定軌道並開始工作,至今一年多的時間中已經取得了不少觀測成果。

​「愛因斯坦探針」衛星具有很大的暫態視場、中等空間解析度和一定的光譜解析度,其監視器首次採用了基于MPO龍蝦眼技術的X射線聚焦成像光學系統,可在軟X射線(0.5~4keV)波段發現高能X射線暫現源、劇變源和監測X射線源的變化,而且其尋天捕獲能力和探測靈敏度都達到了國際領先。

​之所以叫它「愛因斯坦探針」,是因為它能有效驗證愛因斯坦廣義相對論的兩個預言——黑洞和引力波,那麼它都能幹些什麼呢?綜合來看它可通過捕捉黑洞產生的X射線暫現信號發現幾乎所有質量尺度上的「沉寂的黑洞(意指無長時間輻射產出的黑洞)」,也就是說它的超強視力能讓幾乎所有類型的黑洞現形。

​宇宙中的大多數黑洞都是很難觀測到的,但是當較多物質靠近和闖入黑洞的事件視界時,強大引力會使物質分裂稱粒子狀態並產生摩擦或碰撞而發光,這也是類星體的存在形式。但在黑洞的兩極,部分物質也會以射線形式被黑洞釋放,形成「相對論噴流」,在這兩種現象出現時,愛因斯坦探針將可以發現黑洞的存在並觀察它的相關資訊。說白了,愛因斯坦探針就是一款發現隱藏黑洞的利器,只要黑洞有吸附物質和釋放射線的動作,就會在它面前無所遁形。

​愛因斯坦探針也是重要的引力波探測設備,它能與國際上第二代引力波探測設備相配合,探測引力波爆發源的電磁波對應體並對其精確定位,實現觀測黑洞、中子星以及白矮星等的合併或者爆炸的情況。不過這次的《2021年中國航太白皮書》上說未來五年中中國將研製愛因斯坦探針,說明中國又將打造新一代此類設備,肯定技術更先進,功能更全面、精度也更高。

​總之,愛因斯坦探針可以開展靈敏度極高的大視場時域X射線監測,以實現對暗弱和遙遠的高能射線暫現源的全天巡天普查監測,開展大樣本X射線源的時變的巡天監測。

它能觀測的目標天體包括幾乎所有尺度的黑洞(星系級黑洞與恒星級黑洞)、引力波源的電磁波對應體(黑洞或中子星、白矮星的碰撞)、超新星激波暴(超新星爆發伽馬射線暴)、活動星系核(星系中心黑洞或類星體),另外如中子星、X射線閃、伽馬射線暴和恒星冕活動等也都是可以觀測到的。

​因此,愛因斯坦探針也是一台重要的天文觀測設備,對天文物理學與高能物理研究有著重要的説明,通過它的觀測資料分析,科學家們將能探究黑洞在宇宙中是否普遍存在,並細緻觀察引力波爆發的起源和物理過程等,它的觀測資料將涉及大部分的天體物理學分支,預估將在天文物理學研究方面產生重要的國際影響,讓我們期待它的優秀表現吧。

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