愛因斯坦探針衛星：做宇宙“焰火”的“最強瞭望者”

4月27日，在2024中關村論壇年會平行論壇空間科學論壇上，由中國科學院牽頭實施的愛因斯坦探針（EP）衛星任務發布了首批在軌科學探測圖像。

愛因斯坦探針衛星與2024年1月9日發射入軌，是中國科學院空間科學（二期）先導專項立項實施的空間科學衛星系列任務之一。該衛星由中方主導，歐洲航天局、德國馬普地外物理研究所、法國航天局以國際合作形式參與衛星研制，旨在發現和探索宇宙中X射線暫現源和爆發天體，并發布預警以引導其他天文設備進行后隨跟蹤觀測。

愛因斯坦探針首席科學家、中國科學院國家天文臺研究員袁為民介紹，衛星自發射入軌以來，兩臺有效載荷寬視場X射線望遠鏡（WXT）和后隨X射線望遠鏡（FXT）在軌測試和儀器定標期間，獲取了多組宇宙天體的X射線科學觀測數據。

“我們已探測到已知X射線源2100例、新的暫現源17例、恒星耀發168例，并發布全球電報10余條，引導國際上包括最大的凱克望遠鏡等多個光學和射電望遠鏡、空間 X 射線天文臺開展了后隨觀測。”袁為民說。

捕捉宇宙“焰火”，首批發布11幅圖像

發布的第一批圖像共包括11張圖，如銀河系中心的觀測圖像、暫現源圖像、蟹狀星云觀測圖像、梅西耶87（M87）橢圓星系觀測圖像等。

袁為民介紹，銀河系中心的觀測圖像，展示的是寬視場X射線望遠鏡指向銀河系中心的觀測圖像，曝光時間約40000秒。幾乎所有明亮的X射線天體都能在圖中分辨出來，這些紫色的十字形光斑是由龍蝦眼X射線望遠鏡拍攝成像的，藍色云霧狀結構來自銀河系熱氣體的前景輻射。

寬視場X射線望遠鏡（WXT）指向銀河系中心的觀測圖像。X射線數據版權EP科學中心供圖

暫現源圖像展示的是伽馬射線暴候選體（EP240219a），它是寬視場X射線望遠鏡最早發現的若干暫現源之一，也是愛因斯坦探針衛星團隊第一個在天文學家電報上發布的暫現源。該伽馬射線暴于2024年2月19日在寬視場X射線望遠鏡視野中突然出現，持續約100秒后消失。

寬視場X射線望遠鏡（WXT）首次報告的暫現源。X射線數據版權EP科學中心供圖

蟹狀星云觀測圖像，展示的是后隨X射線望遠鏡于2024年2月28日觀測到的蟹狀星云。蟹狀星云是著名的超新星遺跡，其前身星爆發于1054年，中國宋代天文學家觀測到并詳細記載下來。

后隨X射線望遠鏡（FXT）對蟹狀星云觀測圖像。X射線數據版權EP科學中心供圖

梅西耶87橢圓星系觀測圖像，展示的是后隨X射線望遠鏡在X射線能段觀測到的室女星系團中明亮的巨橢圓星系梅西耶87。梅西耶87內存在大量彌散的熱氣體，其中心有一個大質量黑洞，產生的噴流把中心區域的冷氣體帶出來，形成了臂的形狀，在后隨X射線望遠鏡的圖像中能夠清晰的看到這個結構。同時在梅西耶87外圍，還清楚地觀測到亮度階躍變化的冷鋒。

后隨X射線望遠鏡（FXT）對梅西耶87（M87）橢圓星系觀測圖像。X射線數據版權EP科學中心供圖

“愛因斯坦探針衛星就是用于捕捉這些轉瞬即逝的宇宙‘焰火’，并發布預警，引導其他天文設備進行后隨跟蹤觀測。”袁為民說。

實時發布預警，指引全球跟蹤觀測

“我們首批發布的圖像是在軌探測圖像，而非科學成果，但它們證明了愛因斯坦探針衛星能夠以很高的靈敏度尋找暫現源。”愛因斯坦探針首席科學家助理張臣說。

暫現源研究一直都是天文學熱門領域，它與很多極端天體活動相關。例如，星系死亡、黑洞或致密星體周圍，引力場非常強，有很高能的活動，會將周圍的物質加速到很熱的狀態，并發出大量X射線，其中蘊含著很多的物理過程。研究這些極端現象，對物理學會產生極大的推動作用。

“愛因斯坦探針的核心科學目標之一，就是以最高探測靈敏度、系統性發現宇宙X射線暫現源和劇變天體，監測天體活動。”袁為民說。

袁為民介紹，目前，愛因斯坦探針探測到的新暫現源，具有不同的起源類型，有潮汐瓦解恒星事件、伽馬射線暴、新的磁激變變星、新的X射線雙星等，觀測結果得到了國際同行的高度認可和關注，為國內外地面和空間望遠鏡協同觀測提供了重要的指引。

張臣告訴《中國科學報》，愛因斯坦探針衛星會在天文學家電報等天文學界信息共享平臺上，實時發布觀測消息。目前，雨燕衛星、錢德拉X射線天文臺、牛頓衛星等衛星觀測平臺以及凱克望遠鏡等地面觀測平臺，都在愛因斯坦探針衛星發布消息后開展過跟蹤觀測，同時，愛因斯坦探針衛星也在與“慧眼”衛星、“懷柔一號”衛星等國內衛星開展聯合觀測。

“我們需要動用所有能夠動用的觀測力量來開展觀測和研究，努力把這些暫現源現象研究得更清楚。”張臣說。

袁為民介紹，4月25日，在愛因斯坦探針衛星發射107天，衛星科學團隊撰寫的第一篇論文已經投稿，該論文與高紅移伽馬射線暴EP240315a相關。

愛因斯坦探針衛星示意圖。中國科學院國家空間科學中心供圖

即將完成在軌測試

袁為民介紹，現有測試結果表明，衛星和載荷功能性能指標達到或超過設計要求。下一階段，衛星將繼續按照既定計劃開展并完成在軌測試。

中國科學院高能物理研究所研究員張雙南評價，愛因斯坦探針衛星“是中國的驕傲”，它實現了“廣、快、準、深”，可以開展大范圍巡天觀測，能夠以高靈敏度探測到暫現源，對每一個爆發現象都能提供精確信息，比國際同類望遠鏡的觀測深度高出幾個數量級，有望深刻揭開宇宙變化多端的神秘面紗。

德國馬普地外物理研究所所長基帕爾·南德拉認為，愛因斯坦探針衛星非常成功，探測能力很強，到目前為止發現了很多不同的暫現源，這些都是未來有待進一步探索的領域，“全世界都在關注這項任務以及它能做的偉大的科學探測”。

“我們現在正在按照既定觀測計劃巡天，期待著看到更多的暫現源，同時，我們也已經在接受科學家的觀測申請并開展定點觀測。接下來的兩個月里，我們還要做標定觀測，待標定觀測結束后，將交付衛星，并按照既定計劃開展科學觀測。”張臣說。

近日，愛因斯坦衛星正在全身心投入到去尋找引力波事件。美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）發現了一個疑似黑洞與中子星的并合事件，目前，世界所有大型望遠鏡都在尋找這一事件，希望能夠看到一些新的物理現象。

“我們將加強國內外合作和數據開放共享工作，探測宇宙中轉瞬即逝的‘焰火’，為高能時域天文觀測和研究做出重要貢獻。”袁為民說。