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“天关”卫星捕捉到罕见的双星系统,风行天望远镜发挥重要作用

我国“天关”卫星成功捕捉到一例罕见的由Be星与白矮星组成的双星系统的爆发,并触发了国际上多颗天文卫星开展联合观测。这是科学家首次全程追踪此类系统从X射线爆发到逐渐消退的全过程,为探索大质量恒星的相互作用与演化开辟了新途径,印证了该卫星在捕捉宇宙中转瞬即逝的新型X射线源方面具有独特能力。相关成果于2025年2月18日发表在《天体物理杂志快报》(Astrophysical Journal Letters,ApJL),这也是欧洲航天局主要基于我国“天关”卫星数据的首篇论文。

时间追溯到2024年5月27日,发射入轨不到半年、仍处于在轨标定测试阶段的我国“天关”卫星(英文名称为Einstein Probe,简称EP),通过其宽视场X射线望远镜(WXT;“万星瞳”望远镜)捕捉到来自邻近星系小麦哲伦云(SMC)内的活跃的低能X射线辐射信号,卫星随即利用其后随X射线望远镜(FXT;“风行天”望远镜)对该天体源进行了后随观测,获取到源爆发期间更为详细的X射线信息。

“天关”卫星成功捕捉到双星系统爆发信号的信息,迅速触发了美国宇航局(NASA)的Swift和NICER等X射线望远镜对该天体的联合观测,欧洲航天局(ESA)的XMM-Newton望远镜也在18天后进行了后续观测。这种多国多颗天文卫星联动观测的模式,充分发挥了不同卫星的技术优势和观测特点,实现了对暂现源的全方位、多能段观测,为科学家们提供了丰富的数据资源。

通过此次联合观测,不仅测到了该源在X射线能段的爆发演化全过程,还识别出爆发物质中存在氮、氧和氖等元素,为研究提供了关键线索。科学家们通过分析,认为这是一个极为罕见和珍贵的发现,这个罕见的双星系统由一颗质量是太阳的12倍的Be型恒星和一颗白矮星组成。此次短暂的爆发持续时间,以及氖和氧元素的存在,暗示这颗白矮星的质量相当大,可能比太阳重约20%,其质量接近所谓的钱德拉塞卡极限。白矮星的质量一旦超过这个极限,将继续坍缩,最终可能变成一颗更为致密的中子星,或者形成超新星爆发。目前科学界仅发现少数此类双星系统,而此次是科学家首次追踪这种奇特双星系统从X射线突然爆发到逐渐消退的全过程。

“Be星与白矮星双星系统的爆发极为罕见,因为它们最适合用低能X射线进行观测。EP卫星的问世为我们提供了独特的机会,让我们能够捕捉到这些稍纵即逝的天体源,并检验我们对大质量恒星演化的理解。”欧洲航天局卫星项目科学家Erik Kuulkers指出。“这一发现充分展示了EP卫星变革性的探测能力。”

“天关”卫星首席科学家袁为民研究员指出,“天关”卫星的成功国际合作不仅提升了中国在国际空间科学领域的影响力,还为全球天文学研究提供了重要的X射线数据支持。有力推动了高能时域天文学的观测与研究发展。

“天关” 卫星由中国科学院空间科学先导专项(二期)的部署研制,由中国科学院牵头,携手欧洲航天局、德国马普地外物理研究所以及法国国家空间研究中心共同打造。该卫星于2024年1月9日从中国西昌卫星发射中心发射升空,旨在捕捉宇宙中短暂而强烈的X射线爆发现象。

图1:“天关”卫星艺术想象图(图片来源:中国科学院国家天文台)

FXT是“天关”卫星的两台望远镜之一,由中国科学院高能物理研究所粒子天体中心陈勇研究员牵头研制,高能所作为承担单位,联合理化技术研究所参研,欧洲航天局(ESA)和德国马普地外物理研究所(MPE)也以国际合作的形式加入。

在本次发现中,WXT触发之后,FXT对该天体源进行了后随观测,利用创新的开窗(Partial Window)模式,成功克服了亮源光子堆积的困难,在第一时间得到该源详细的X射线能谱性质。该源爆发后第8天,FXT采用全帧模式对该天体源再次进行了定点观测,并凭借高灵敏度优势,发现该源的流量比FXT前一次观测下降了约4个数量级,佐证了该爆发持续时间较短的结论。FXT的观测对于揭示该罕见双星系统爆发的性质发挥了重要作用,也验证了研制团队对于FXT的创新设计。

图2:高能所牵头研制的FXT(“风行天”望远镜)

(原文链接:http://ihep.cas.cn/xwdt2022/gnxw/hotnews/2024/202502/t20250220_7530550.html

EP Observation

        Source Name:GJ 3468

 

        RA :119.629

 

        DEC:15.504

 

        FXT a/b Mode:ff/ff

 

        FXT a/b Filter: THIN/THIN

 

FXT Notice(“风行天”记)

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Notice_#17_EFT241224A-0AB0_20241225:Discovery of a New X-ray Source by EP-FXT

2025-01-02

Notice_#16_EFT241123-0ABA_20241123:Discovery of a New X-ray Source by EP-FXT

2024-11-25

Notice_#15_EFT241122-0AB1_20241122:Discovery of a New X-ray Source by EP-FXT

2024-11-25

Notice_#14_EFT241115A-0A10_20241117:Discovery of a New X-ray Source by EP-FXT

2024-11-18

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02-26

2025

“天关”卫星捕捉到罕见的X射线双星系统

02-26

2025

【中国新闻网】中欧合作科学卫星“天关”捕捉到罕见X射线双星系统

EP Mission

The Einstein Probe (EP) is a mission of the Chinese Academy of Sciences (CAS) dedicated to time-domain high-energy astrophysics. Its primary goals are to discover high-energy transients and monitor variable objects. To achieve this, EP employs a very large instantaneous field-of-view (3600 square degrees), along with moderate spatial resolution (FWHM ~5 arcmin) and energy resolution.  Its wide-field imaging capability is achieved by using established technology of novel lobster-eye optics, thereby offering unprecedentedly high sensitivity and large Grasp, which would supersede previous and existing X-ray all-sky monitors. To complement this powerful capability to discover and monitor sources over a wide area, EP also carries a conventional X-ray focusing telescope with a larger effective area to perform follow-up characterization and precise localization of newly-discovered transients. Public transient alerts will be issued rapidly to trigger multi-wavelength follow-up observations from the world-wide community. The satellite has a weight of ~1450 kg and average power of ~1212 W in total. In the normal survey mode, during one orbit of 97 minutes three fields will be observed on the night-side of the sky with a ~20 min pointing each. Over three orbits almost the entire night sky will be sampled, with cadences ranging from several to a few ten revisits per day depending on the sky location. The mission is aimed for launch by the end of 2023 with a nominal lifetime of 3 years (5 years as a goal).

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