NASA望远镜发现神秘深空信号的新线索
使用NASA的两台X射线望远镜，研究人员能够放大一颗死星释放出明亮、短暂的无线电波爆发时的不稳定行为。
NASA的NuSTAR望远镜揭示了太阳上隐藏的光
在望远镜的X射线视图中可以看到太阳大气层中一些最热的点。
NuSTAR用杂散光进行照明发现
这张插图显示了NASA在太空中的NuSTAR X射线望远镜。两个笨重的部件由一个33英尺（10米）的结构隔开，该结构称为可展开桅杆或吊杆。光在桅杆的一端收集，并沿桅杆聚焦，然后撞击另一端的探测器。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 近10年来，NASA的NuSTAR（核子光谱望远镜阵列）X射线太空天文台一直在研究宇宙中一些能量最高的物体，比如碰撞的死恒星和吞噬热气体的巨大黑洞。在这段时间里，科学家们不得不处理从天文台侧面泄漏的杂散光，这可能会干扰观测，就像外部噪音会淹没电话一样。 但现在，团队成员已经知道如何利用散乱的X射线来了解NuSTAR外围视觉中的物体，同时也进行正常的目标观测。这一进展有可能使核星提供的洞见成倍增加。《天体物理学杂志》上的一篇新科学论文描述了首次使用NuSTAR的杂散光观测来了解一个宇宙物体——在这种情况下，是一颗中子星。 但现在团队成员已经想出了如何使用这种杂散的X射线光来了解NuSTAR周边视觉中的物体，同时还能进行正常的有针对性的观测。这一发展有可能使NuSTAR提供的洞察力成倍增加。《天体物理学杂志》上的一篇新科学论文描述了NuSTAR的杂散光观测首次用于了解宇宙物体——在本例中是中子星。 中子星是一颗恒星坍塌后遗留下来的物质，是宇宙中密度最大的天体之一，仅次于黑洞。它们强大的磁场会捕获气体粒子并将它们汇集到中子星的表面。随着粒子被加速和激发，它们会释放出NuSTAR可以探测到的高能X射线。 这项新研究描述了一个名为SMC X-1的系统，该系统由围绕银河系（地球的母星系）运行的两个小星系之一中的一颗活恒星运行的中子星组成。用望远镜观察时，SMC X-1的X射线输出的亮度似乎变化很大，但NuSTAR和其他望远镜数十年的直接观测揭示了这种波动的模式。科学家们已经查明了SMC X-1在X射线望远镜研究时亮度变化的几个原因。例如，中子星每次在绕行轨道上下降到活恒星后面时，X 射线的亮度就会变暗。根据该论文，杂散光数据足够敏感，能够捕捉到一些记录良好的变化。 “我认为这篇论文表明这种杂散光方法是可靠的，因为我们在SMC X-1中观测到了中子星的亮度波动，我们已经通过直接观测证实了这一点，”加利福尼亚州帕萨迪纳加州理工学院的天体物理学家、这项新研究的主要作者麦金利·布伦巴克说。“展望未来，如果我们能够在不知道物体亮度是否有规律变化的情况下，使用杂散光数据来观察物体，并可能使用这种方法来检测变化，那就太棒了。” 形式与功能 新方法之所以可行，是因为NuSTAR的形状类似于哑铃或狗骨：它在一个狭窄的、33英尺长（10米长）的结构（称为可展开式桅杆或吊杆）的两端有两个笨重的部件。通常，研究人员将其中一个笨重的末端（包含光学器件或收集 X 射线的硬件）指向他们想要研究的对象。光线沿着桅杆传播到位于航天器另一端的探测器。两者之间的距离是聚焦光线所必需的。 但是杂散光也会通过桅杆的侧面进入探测器，绕过光学元件。它与来自望远镜直接观察到的任何物体的光一起出现在NuSTAR的视野中，而且通常很容易被肉眼识别：它形成了一圈从图像两侧发出的微弱光。 （毫不奇怪，杂散光对许多其他太空和地面望远镜来说都是个问题。） 在过去的几年里，NuSTAR团队的一组成员将杂散光与NuSTAR的各种观测结果分离开来。在确定了每次观测外围的明亮、已知的X射线源后，他们使用计算机模型，根据附近的明亮物体，预测应该出现多少杂散光。他们还查看了NuSTAR几乎所有的观测结果，以确认杂散光的迹象。该团队创建了一个包含大约80个物体的目录，NuSTAR为这些物体收集了杂散光观测数据，并将该集合命名为“流浪猫（StrayCats）”。 “想象一下，坐在一个安静的电影院里，看一部戏剧，听到隔壁上演的动作片中的爆炸声。”加州理工学院高级研究科学家、NuSTAR团队成员布莱恩·格里芬斯泰特说。“在过去，这就是杂散光的样子——分散了我们的注意力。现在我们有了工具，可以将额外的噪音转化为有用的数据，开辟了使用NuSTAR研究宇宙的全新方式。” 当然，杂散光数据不能取代NuSTAR的直接观测。除了杂散光无法聚焦外，NuSTAR可以直接观察到的许多物体都太微弱，无法出现在杂散光目录中。但是格里芬斯泰特说，加州理工学院的多名学生仔细研究了这些数据，发现了周边物体快速变亮的例子，这可能是任何数量的戏剧性事件，比如中子星表面的热核爆炸。观察中子星亮度变化的频率和强度可以帮助科学家破译这些天体发生了什么。 “如果你试图寻找X射线源长期行为或亮度的模式，杂散光观测可能是一种更频繁检查并建立基线的好方法。”加州理工学院NASA哈勃奖学金项目爱因斯坦研究员、流浪猫团队成员蕾妮·卢德拉姆说。“它们还可以让我们在我们没有预料到的情况下，或者当我们通常无法将NuSTAR直接指向这些物体时，捕捉到这些物体的奇怪行为。杂散光观测不能取代直接观测，但更多的数据总是好的。” 关于任务的更多信息 NuSTAR于2012年6月13日发射。这是一项由加州理工学院领导、由喷气推进实验室为华盛顿NASA科学任务理事会管理的小型探索任务，它是与丹麦技术大学（DTU）和意大利航天局（ASI）合作开发的。望远镜光学系统由哥伦比亚大学、美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心和 DTU建造。 该航天器由位于弗吉尼亚州杜勒斯的轨道科学公司建造。NuSTAR的任务运营中心位于加州大学伯克利分校，官方数据档案位于NASA的高能天体物理学科学档案研究中心。ASI提供任务的地面站和镜像数据存档。加州理工学院为NASA管理JPL。 有关NuSTAR的更多信息，请访问： http://www.nasa.gov/nustar 和 www.nustar.caltech.edu 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-nustar-makes-illuminating-discoveries-with-nuisance-light
天文望远镜联合对著名黑洞进行前所未有的观测
Credits: NASA/GSFC/SVS/M.Subbarao & NASA/CXC/SAO/A.Jubett 2019年4月，科学家们使用事件视界望远镜(EHT)发布了第一张M87星系黑洞的图像。然而，这一非凡的成就仅仅是科学故事的开始。 来自19个天文台的数据即将公布，这些数据有望让人们对这个黑洞及其驱动的系统有前所未有的了解，并改善对爱因斯坦广义相对论的检验。 “我们知道，第一张黑洞的直接图像将是突破性的，”日本国家天文台(National Astronomical Observatory of Japan)的哈达和弘(Kazuhiro Hada)说，他是一项新研究的合著者，该研究发表在《天体物理学杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)上，描述了这一庞大的数据集。“但为了从这张非凡的图像中获得最大的效果，我们需要通过对整个电磁波谱的观测，了解黑洞当时的一切行为。” 超大质量黑洞的巨大引力可以为粒子的喷射提供能量，这些粒子以几乎光速的速度穿越遥远的距离。M87的喷射流产生的光横跨整个电磁波谱，从无线电波到可见光再到伽马射线。这一光谱的光的强度为每个黑洞提供了不同的模式。识别这种模式可以对黑洞的属性（例如，它的自旋和能量输出）提供至关重要的洞察力，但这是一个挑战，因为模式会随着时时间而改变。 科学家们用世界上最强大的地面和太空望远镜来协调观测，收集来自整个光谱的光，以弥补这种变化。这是迄今为止对带有喷射流的超大质量黑洞进行的最大的同步观测活动。 参与此次观测活动的NASA望远镜包括钱德拉X射线天文台、哈勃太空望远镜、尼尔·盖尔·斯威夫特天文台、核光谱望远镜阵列（NuSTAR）和费米伽马射线太空望远镜。 从EHT现在标志性的M87图像开始，一段新的视频将带领观众体验每个望远镜的数据之旅。这段视频显示了许多10倍尺度的数据，包括光的波长和物理大小。（数据在2017年4月获得）。然后，它通过来自全球各地的其他射电望远镜阵列的图像，在每一步中向外移动视野。(方块宽度的比例在右下角以光年表示)。接下来，视野将变为探测可见光（哈勃和斯威夫特）、紫外光（斯威夫特）和X射线（钱德拉和NuSTAR）的望远镜。屏幕拆分显示了这些同时覆盖相同面积天空的图像之间的比较情况。画面最后显示了地面上的伽马射线望远镜和太空中的费米从这个黑洞及其喷射流中探测到的情况。 每台望远镜都能提供有关M87中心这个65亿太阳质量黑洞的行为和影响的不同信息，该黑洞距离地球约5500万光年。 “有多个小组正在紧锣密鼓地研究他们的模型是否与这些丰富的观测数据相匹配，我们很高兴看到整个社会都在使用这个公共数据集来帮助我们更好地理解黑洞和它们的喷射流之间的深层联系。”加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的合著者达里尔·哈格德（Daryl Haggard）说。 这些数据是由来自32个国家或地区的近200个机构的760名科学家和工程师组成的团队，利用全球各地的机构和机构资助的天文台收集。观测时间集中在2017年3月底至4月中旬。 这些数据是由一个由来自32个国家或地区近200个机构的760名科学家和工程师组成的团队收集的，他们使用的天文台由全球各机构资助。观测集中在2017年3月底至4月中旬。 “这组令人难以置信的观测结果包括许多世界上最好的望远镜，”共同作者马来西亚吉隆坡马来亚大学的胡安·卡洛斯·阿尔加巴（Juan Carlos Algaba）说。“这是全世界天文学家为追求科学而共同努力的一个精彩例子。” 第一个结果显示，M87超大质量黑洞周围物质产生的电磁辐射强度是迄今为止所见过的最低的。这为从接近视界的区域到数万光年之外的区域研究黑洞提供了理想的条件。 这些望远镜的数据和当前(以及未来)的EHT观测数据的结合，将使科学家们能够对一些最重要、最具挑战性的天体物理学研究领域进行重要的研究。例如，科学家计划利用这些数据改善对爱因斯坦广义相对论的检验。目前，这些测试的主要障碍是不确定围绕黑洞旋转的物质是否会被喷射出去，特别是确定发射光的特性。 今天的研究解决的一个相关问题涉及被称为宇宙射线的高能粒子的来源，这些粒子不断地从外太空轰击地球。它们的能量可以比地球上最强大的加速器——大型强子对撞机所能产生的能量高出一百万倍。从黑洞发射的巨大喷射流，就像今天的图像中显示的那样，被认为是最高能量宇宙射线的最可能来源，但关于细节还有很多问题，包括粒子被加速的精确位置。因为宇宙射线通过其碰撞产生光，所以最高能量的伽马射线可以精确地确定这个位置，新的研究表明，这些伽马射线很可能不会在事件视界附近产生——至少不会在2017年产生。解决这一争论的关键是将其与2018年的观测结果以及本周收集的新数据进行比较。 “理解粒子加速度对于我们理解EHT图像和喷射流的所有‘颜色’至关重要，”来自阿姆斯特丹大学的合著者塞拉·马尔柯夫说。“这些喷射流设法将黑洞释放的能量输送到比宿主星系更大的尺度，就像一根巨大的电源线。我们的结果将帮助我们计算所携带的能量，以及黑洞喷射流对环境的影响。 这个新的数据宝库的发布恰逢EHT的2021年观测活动，这是自2018年以来首次利用全球范围内的无线电天线阵列进行观测。去年的活动因为COVID-19大流行而被取消，前一年则因为不可预见的技术问题而暂停。就在本周，EHT天文学家又将目标锁定在我们银河系（被称为人马座A*）的超大质量黑洞M87上，连同几个更遥远的黑洞一起进行了6个夜晚的观测。与2017年相比，该阵列得到了改进，增加了三台射电望远镜：格陵兰望远镜、亚利桑那州的基特峰12米望远镜和法国的北方扩展毫米阵列(NOEMA)。 “随着这些数据的发布，再加上观测的恢复和改进的EHT，我们知道许多令人兴奋的新结果即将出现，”耶鲁大学的合著者米斯拉夫·巴洛科维奇（Mislav Baloković） 说。 描述这些结果的《天体物理杂志通讯》可以在这里获取。 参考来源： https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/telescopes-unite-in-unprecedented-observations-of-famous-black-hole.html