為人類理解黑洞和中子星系統提供新線索

昨天上午，在第一屆中國空間科學大會新聞發佈會上，以中國科學院高能物理研究所科學家為主的硬X射線調製望遠鏡衛星（又名“慧眼”）科研團隊，發佈了“慧眼”近期取得的一批新成果。

這些成果中，有些發現了以前從未看到過的新現象，有些挑戰或驗證了現有理論模型，還有些為人類理解黑洞和中子星系統提供了新的線索。

已發論文十餘篇

X射線雙星是由黑洞或中子星與一個正常恆星組成的雙星系統，正常恆星的物質在強引力作用下落向黑洞或中子星，形成圍繞黑洞和中子星高速轉動的物質盤（吸積盤），併發出強烈的X射線輻射。X射線雙星的快速光變和能譜是研究強引力場、強磁場，以及物質在強引力場和強磁場下的動力學過程和輻射過程的主要探針。

“在物質旋轉掉向黑洞和中子星的過程中，由於引力勢能的釋放，通過粘滯等加熱過程，溫度會越來越高，輻射的光子的能量也越來越高，在非常靠近黑洞和中子星的地方，還可能存在大量接近光速運動的帶電粒子，物質甚至可能以接近光速向外噴射，因此可能輻射出很高能量的光子，並呈現出快速的光變。”“慧眼”衛星系統副總設計師兼有效載荷總設計師、中國科學院高能物理研究所研究員盧方軍說。

“慧眼”衛星搭載了高能X射線望遠鏡、中能X射線望遠鏡和低能X射線望遠鏡三種科學載荷和空間環境監測器。盧方軍表示，和國外的X射線衛星相比，“慧眼”獨特的設計使得在研究天體多能段X射線快速光變方面具有卓越的能力，可以用於研究迄今為止探測到的最接近黑洞或中子星區域的物質運動和輻射過程，並籍此開啟研究黑洞和中子星系統的新窗口。

自2017年6月15日在酒泉衛星發射基地升空之後，慧眼已在軌穩定運行兩年多，開展了各類觀測1000餘次，獲得科學數據29Tb，成功監測了雙中子星併合引力波事件電磁對應體，完成了脈衝星導航實驗。科學工作團隊已在國際主流天體物理雜誌上發表（含接收）科學論文10餘篇，更多重要成果正在審稿或成文的過程之中。

五項重要成果獲得國際認可

此次發佈的科學成果共有5項，體現在科研團隊陸續發表的多篇論文中。

盧方軍介紹，“慧眼”衛星發現了黑洞系統中迄今為止最高能量的準週期振盪現象，能量上限是以往衛星的觀測結果的3倍，開啟了研究黑洞系統的新窗口，“‘慧眼’衛星發現了黑洞和中子星附近的物質發出的高能X射線存在準週期變化，該現象達到的高能能量範圍是以前所有的天文望遠鏡都無法企及的。”

“慧眼”衛星還在中子星X射線雙星系統中發現了迄今為止最高能量的千赫茲準週期振盪。“‘慧眼’的這項發現，對長期以來廣為認可的千赫茲準週期振盪起源模型提出了嚴峻挑戰。”盧方軍說。

此外，“慧眼”衛星首次觀測到中子星X射線雙星在流強位於特定值時吸積盤狀態的突然變化，驗證了已提出近半個世紀的光的輻射壓導致吸積盤結構突變的理論；首次觀測到中子星表面單個熱核暴的X射線光子“陣雨”對溫度高達幾億度的電子冕的快速冷卻現象，為研究高溫電子冕的輻射和形成機制提供了“獨門”探針，並在單個熱核暴中觀測到了熱核爆與吸積盤的相互作用，為限制吸積盤最內半徑提供了新的手段；確定了著名的中子星X射線雙星武仙座X-1的迴旋吸收線能量不再下降，為理解中子星的性質提供了新的觀測依據。

盧方軍介紹，這些科研成果發表在《天體物理學雜誌》《英國皇家天文學會月刊》等雜誌上，審稿過程普遍很快。

比方說，“慧眼”衛星在觀測熱核聚變暴方面的成果投到了《天體物理學雜誌》，論文從投出到接收一共只用了11天時間，成為完全基於慧眼數據在海外核心期刊上發表的第一篇慧眼文章。匿名評審專家在評審意見中寫道：“這是一項令人興奮的、及時的成果。”

“繼任者”已進入方案設計階段

中國科學院高能物理研究所李惕碚、吳枚等在1993年提出硬X射線調製望遠鏡（HXMT）衛星項目並開始預研。2011年3月，國家正式批准立項。2017年6月15日，衛星發射上天后，被命名為“慧眼”。

2018年1月31日，“慧眼”衛星正式交付使用，已在軌運行兩年多。“現在‘慧眼’的運行情況非常好。”盧方軍說。

“慧眼”衛星是我國第一顆X射線天文衛星，由國家民用航天科研經費和中科院空間科學先導專項共同支持。

2018年初，中科院國家空間科學中心在北京啟動了增強型X射線時變與偏振空間天文臺（英文簡稱eXTP），被認為是“慧眼”衛星的繼任者。

盧方軍介紹，eXTP衛星項目已經進入了方案設計階段，前不久，中科院正式批覆了eXTP衛星項目重大背景型號研究課題。在中科院空間科學先導專項（二期）的支持下，eXTP衛星項目獲得了4.3億經費，開展方案設計等工作。基於“慧眼”衛星成功的團隊建設以及自主研發的技術積累，eXTP得以開展廣泛的國際合作，逐步演化成為一箇中方主導、中歐合作的旗艦型空間天文臺項目，該項目將在技術和科學領域引領X射線空間天文的發展，並預期在未來若干年一直處於領跑的狀態。