NASA的IXPE让天文学家对耀变体有了新的发现
一个由天体物理学家组成的国际团队，利用NASA的X射线成像偏振探测器（IXPE）的新数据，发表了关于名为马卡里安421的耀变体的发现，并提供了一些令人惊讶的结果。
NASA的IXPE发现，银河系中心黑洞在200年前醒来
来自NASA的IXPE（X射线成像偏振探测器）望远镜的新证据表明，位于银河系中心的超大质量黑洞人马座A*在大约200年前醒来吞噬宇宙碎片。
NASA的IXPE观测到前所未有的历史性星云
科学家们已经使用IXPE创建了蟹状星云磁场的详细而细致的地图，揭示了比以往更多的内部工作原理。发表在《自然天文学》杂志上的新结果，有助于解决关于被充分研究的蟹状星云的长期谜团，并为未来的研究提出了新的问题。
NASA的任务研究万年一遇的伽马射线爆发
2022年10月9日，周日，一股强烈的辐射脉冲席卷了太阳系，天文学家很快就把它称为BOAT——有史以来最明亮的辐射。其源头是伽马射线爆（GRB），这是宇宙中最强大的一类爆炸。
船帆座脉冲星风星云在NASA IXPE的新图像中飞行
大约一万年前，船帆座的一颗巨星爆炸发出的光到达了地球。这颗超新星留下了一个被称为脉冲星的致密物体，它在旋转时似乎有规律地变亮，就像一座宇宙灯塔。从这颗脉冲星的表面，出现了以接近光速传播的粒子风，形成了带电粒子和磁场的混乱大杂烩，并与周围的气体相撞。这种现象被称为脉冲星风星云。 这张照片显示了船帆座脉冲星风星云。浅蓝色代表来自NASA X射线成像偏振探测器的X射线偏振数据。粉色和紫色对应于NASA钱德拉X射线天文台的数据，该天文台此前曾多次观测到船帆座。NASA的哈勃太空望远镜拍摄了背景中的恒星。单击此处查看未标记的图像。 影像来源：X射线： (IXPE) NASA/MSFC/Fei Xie & (Chandra) NASA/CXC/SAO；光学：NASA/STScI Hubble/Chandra；由NASA/CXC/SAO/Kimberly Arcand & Nancy Wolk处理和合成 在这张新图像中，朦胧的浅蓝色光晕对应于船帆座有史以来第一次X射线偏振数据，这些数据来自NASA的X射线成像偏振探测器（IXPE）。一条指向右上角的淡蓝色模糊线对应着一股以大约一半光速的速度从脉冲星中射出的高能粒子流。粉红色的X射线“弧”被认为标记环形区域的边缘，在那里脉冲星风冲击并加速高能粒子。脉冲星本身位于图像中心的白色圆圈处。 粉色和紫色对应于NASA钱德拉X射线天文台的数据，该天文台此前曾多次观测到船帆座。这些金色的星星是由NASA的哈勃太空望远镜拍摄。 偏振测量与电磁波的组织方式有关，它让科学家们对脉冲星这样的宇宙物体如何将粒子加速到高速有了前所未有的了解。 “通过IXPE，我们正在使用像船帆座这样的极端天体作为实验室，来研究天体物理学中一些最紧迫的问题，比如在恒星爆炸后很久粒子如何被突然加速到接近光速的速度。”NASA位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔航天飞行中心的高级科学家菲尔·卡里特说。 在最近的一项研究中，科学家们对他们在船帆座脉冲星风星云的X射线中发现的高度偏振感到惊讶。IXPE对该天体的观测结果发表在12月的《自然》杂志上。 “这是迄今为止在天体X射线源中测量到的最高偏振度。”《自然》研究的主要作者、中国广西南宁的广西大学教授、位于罗马的意大利国家天体物理研究所/太空天体物理和行星学研究所（INAF/IAPS）的博士后研究员谢飞说。 来自NASA的X射线成像偏振探测器（IXPE）对船帆座脉冲星风星云的观测图像。这些颜色代表不同的X射线强度，最亮的区域为红色，最暗的区域为蓝色。黑线给出了基于IXPE数据的磁场方向，而银线给出了基于澳大利亚望远镜致密阵列的无线电数据的磁场方向。灰色轮廓显示了来自钱德拉数据的X射线强度。脉冲星位于最亮的X射线发射中心附近。 影像来源：Xie et al, 2022 (Nature) 高极化意味着电磁场组织良好；它们在特定的方向上排列，并取决于它们在星云中的位置。更重要的是，IXPE探测到的X射线来自脉冲星风星云磁场中螺旋运动的高能电子，称为“同步加速辐射”。高度极化的X射线意味着这些磁场也必须组织有序。 参与IXPE数据分析的斯坦福天体物理学家罗杰·W·罗曼尼表示，与周围有一层物质外壳的超新星遗迹不同，X射线的高度偏振“表明电子没有被其他X射线源中似乎很重要的湍流冲击加速”。相反，这肯定有一些其他的过程参与其中，比如磁场重联，它涉及磁力线的断裂和连接。这是磁能转化为粒子能量的一种方式。 IXPE数据还表明，磁场在脉冲星赤道周围排列成光滑的环形结构。这个形状符合科学家的预期。 “IXPE X射线偏振测量为船帆座脉冲星风星云之谜增添了一个缺失的部分。”位于罗马的INAF/IAPS的研究员亚历山德罗·迪马尔科对数据分析做出了贡献，他说道。“通过以前所未有的分辨率绘制地图，IXPE揭示了中心区域的磁场，显示出与从外层星云的无线电图像获得的结果一致。” 船帆座脉冲星距离地球约1,000光年，直径约15英里（25公里），每秒旋转11次，比直升机旋翼还要快。 有关IXPE任务的更多信息 作为NASA小型探险家系列任务系列的一部分，IXPE使用猎鹰9号火箭于2021年12月从NASA位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射。它现在在地球赤道上方370英里（约595公里）的轨道上运行。这项任务是NASA和意大利航天局的合作项目，合作伙伴和科学合作者来自13个国家。鲍尔航空航天公司以及总部设在科罗拉多州布鲁姆菲尔德管理航天器的运作。 参考来源： https://www.nasa.gov/mission_pages/ixpe/feature/vela-pulsar-wind-nebula-takes-flight-in-new-image-from-nasa-s-ixpe
NASA的IXPE解开了历史上第谷超新星的谜团
一个国际科学家团队发现了450年前发现的一颗恒星爆炸残骸的新信息。这一结果为超新星爆炸产生的冲击波如何将粒子加速到接近光速提供了新的线索。 这颗超新星遗迹被称为第谷，以丹麦天文学家第谷·布拉尼的名字命名，他在1572年注意到仙后座中这颗新“恒星”发出的明亮光芒。在这项新的研究中，天文学家使用NASA的X射线偏振成像探测器（IXPE）研究第谷超新星遗迹的偏振X射线。 利用NASA X射线偏振成像探测器（IXPE）的数据，国际研究人员发现了第谷超新星残骸的新信息，第谷超巨星残骸是仙后座的一颗爆炸恒星，1572年首次在地球上看到它发出的光。这些结果为这些巨大的恒星爆炸产生的冲击波如何将粒子加速到接近光速提供了新的线索，并首次揭示了超新星爆炸波附近磁场的几何结构，如这张合成图像所示，爆炸波在喷射物质周围形成了一个边界。IXPE数据（深紫色和白色）与NASA钱德拉X射线天文台的数据（红色和蓝色）相结合，并与数字化巡天望远镜拍摄的视场中的恒星叠加在一起。 影像来源：X射线数据： (IXPE: NASA/ASI/MSFC/INAF/R. Ferrazzoli, et al.), (Chandra: NASA/CXC/RIKEN & GSFC/T. Sato et al.) 光学数据：DSS 影像处理：NASA/CXC/SAO/K. Arcand, L.Frattare & N.Wolk IXPE首次揭示了激波附近磁场的几何结构，激波仍在从最初的爆炸中传播，并在喷射出的物质周围形成边界。了解磁场几何结构可以让科学家进一步研究粒子是如何在那里加速。 “第谷是所谓的历史超新星之一，在过去曾被人类观测到，并产生了持久的社会甚至艺术影响。”罗马意大利国家天体物理研究所的研究员里卡多·费拉佐利博士说。“在它第一次出现在天空450年后，能在这里用新的眼光再次看到这个物体，并从中学习，这很令人兴奋。”费拉佐利是最新发表的第谷发现的主要作者，该发现发表在最新一期的《天体物理杂志》上。 测量X射线偏振可以告诉科学家，构成像第谷这样高能源的X射线的光波磁场的平均方向和顺序。偏振X射线是由在磁场中运动的电子产生，这个过程被称为“同步辐射”。X射线的极化方向可以映射回X射线产生位置的磁场方向。这些信息帮助科学家解决了天体物理学中一些最大的问题，比如第谷和其他物体是如何将粒子加速到比地球上最强大的粒子加速器更接近光速的。 “超新星残骸变成巨型粒子加速器的过程涉及到有序与混乱之间微妙的舞蹈。”马萨诸塞州剑桥哈佛大学天体物理中心高级天体物理学家帕特里克·斯莱恩说。“强而湍流的磁场是必需的，但IXPE向我们表明，也涉及到大范围的均匀性或相干性，延伸到加速度发生的位置。” 在几十年的运行中，NASA的钱德拉X射线天文台多次观测到第谷超新星遗迹，帮助研究人员对这一迷人的构造做出了里程碑式的发现。凭借其识别和跟踪偏振光X射线的能力，IXPE建立在钱德拉奠定的基础上。来自IXPE的信息使科学家们能够更好地理解宇宙射线（渗透到我们星系的高能粒子）被超新星残骸加速的过程。 IXPE以前所未有的清晰和规模帮助绘制了第谷磁场的形状。尽管之前的天文台曾在无线电波中观察过第谷的磁场，但IXPE在小于1秒差距（约3.26光年）的尺度上测量了磁场的形状——就人类经验而言，这是一个巨大的规模，但这是研究人员迄今为止观察这些遥远现象发出的高能“宇宙射线”来源的最近距离。这一信息对于科学家探索粒子在初始爆炸冲击波后如何加速非常有价值。 研究人员还记录了IXPE在第谷和早期研究对象仙后座A超新星遗迹的发现之间的相似之处和令人惊讶的差异。两个超新星遗迹中磁场的总体方向似乎是放射状的，沿着一个方向向外延伸。但是第谷比仙后座A产生了更高程度的X射线偏振，这表明它可能拥有一个更有序、更稳定的磁场。 第谷超新星被归类为Ia型超新星，当双星系统中的一颗白矮星粉碎它的伴星，捕获它的一些质量并引发剧烈爆炸时，就会产生这种超新星。白矮星的消失使碎片以极快的速度冲入太空。这类事件通常被认为是在太空中发现的大多数星系宇宙射线的来源，包括那些不断轰击地球大气层的宇宙射线。 第谷超新星爆炸本身释放的能量相当于太阳在100亿年里释放的能量。这一光芒使得第谷超新星在1572年在地球上可以用肉眼看到，当时布拉赫和其他天文观测者（可能包括8岁的威廉·莎士比亚）发现了它。莎士比亚将在17世纪之交的《哈姆雷特》早期段落中对其进行描述。 IXPE是NASA和意大利航天局与12个国家的合作伙伴和科学合作者的合作项目。IXPE由NASA位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心领导。总部位于科罗拉多州布鲁姆菲尔德的鲍尔航空航天公司，与科罗拉多大学在博尔德的大气和空间物理实验室一起管理航天器操作。 参考来源： https://www.nasa.gov/mission_pages/ixpe/feature/nasa-s-ixpe-unlocks-mysteries-of-historic-tycho-supernova.html
NASA的IXPE帮助解决黑洞喷射之谜
天空中一些最亮的物体被称为耀变体。它们由一个超大质量黑洞组成，以吸积盘中围绕它旋转的物质为食，这可以在每一侧产生两股垂直于吸积盘的强大喷流。耀变体特别明亮，因为其强大的高速粒子射流直接指向地球。几十年来，科学家们一直在想：这些喷流中的粒子是如何被加速到如此高的能量？ NASA的X射线成像偏振探测器（IXPE）帮助天文学家接近答案。在《自然》杂志上发表的一项由一个大型国际合作组织撰写的新研究中，天文学家发现，对粒子加速的最佳解释是喷流中的激波。 “这是一个有40年历史的谜团，我们已经解开了。”这项研究的主要作者、芬兰ESO天文中心FINCA的天文学家扬尼斯·利奥达基斯说。“我们终于找到了拼图的所有部分，他们绘制的图像也很清晰。” 这幅图显示了NASA的IXPE航天器（在右边）正在观测耀变体Markarian 501（在左边）。耀变体是一个由气体和尘埃组成的吸积盘所包围的黑洞，带有指向地球的高能粒子的明亮喷流。插图显示了喷流中的高能粒子（蓝色）。当粒子撞击激波（如白条所示）时，粒子会被激发，并在加速时发出X射线。当远离激波时，它们发射出较低能量的光：首先是可见光，然后是红外线和无线电波。离激波更远的地方，磁场线更加混乱，导致粒子流更加湍急。 影像来源：NASA/Pablo Garcia 这颗绕地球运行的IXPE航天器由NASA和意大利航天局（Italian Space Agency）合作，于2021年12月9日发射，提供了一种以前从未从太空获得过的特殊数据。这个新数据包括X射线光偏振的测量，这意味着IXPE可以检测构成X射线的光波电场的平均方向和强度。由于大气层吸收了来自太空的X射线，地球上的望远镜无法获取有关X射线光电场方向和偏振程度的信息。 “对这一类来源的第一次X射线偏振测量首次允许与通过观测其他频率的光（从无线电到高能伽马射线）所建立的模型进行直接比较。”意大利航天局IXPE项目科学家伊曼科拉塔·唐纳鲁马表示。“随着当前数据的分析和未来获得的更多数据，IXPE将继续提供新的证据。” 这项新的研究使用IXPE将矛头指向了大力神星座中的一个耀变体——Markarian 501。这个活跃的黑洞系统位于一个大型椭圆星系的中心。 IXPE在2022年3月初对Markarian 501进行了为期三天的观测，两周后又进行了一次观测。在这些观测过程中，天文学家们利用太空和地面上的其他望远镜，在包括无线电、光学和X射线在内的各种波长的光中收集有关该耀变体的信息。虽然其他研究过去也曾观察过来自耀变体的低能量光的偏振，但这是科学家第一次从这个角度观测耀变体的X射线，因为这些X射线是在更接近粒子加速源的地方发射。 波士顿大学天文学家艾伦·马歇尔说：“将X射线偏振加入到我们的无线电、红外和光学偏振武器库中是一个游戏改变者。” 科学家们发现，X射线光比光学光偏振性更强，而光学光比无线电光偏振性更强。但是在观察到的所有波长的光中，偏振光的方向都一样，而且也与喷气的方向一致。 在将他们的信息与理论模型进行比较后，天文学家团队意识到，这些数据与激波加速喷射粒子的情景最为吻合。当物体运动速度超过周围物质的音速时，例如超音速喷气机在地球大气层中飞过，就会产生激波。 这项研究并不是为了调查仍然神秘的激波的起源。但科学家们假设，喷流中的扰动会导致喷流的一部分变成超音速。这可能是由于喷流内的高能粒子碰撞，或喷流边界处的突然压力变化所造成。 “当喷流穿过该区域时，磁场会变得更强，粒子的能量也会更高。”马歇尔说。“能量来自产生喷流的物质的动能。” 当粒子向外运动时，它们首先会发出X射线，因为它们能量极高。它们继续向外移动，穿过离激波位置更远的湍流区域，粒子开始失去能量，这导致它们发出能量较低的光，比如光波，然后是无线电波。这类似于水流遇到瀑布后变得更加湍急——但在这里，磁场产生了这种湍流。 科学家们将继续观察耀变体Markarian 501，看看偏振是否会随着时间而改变。IXPE还将在为期两年的主要任务中调查更广泛的耀变体集合，探索更多关于宇宙的长期谜团。马舍尔说:“这是人类在理解自然界及其所有奇异现象方面取得进展的一部分。” 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/nasa-s-ixpe-helps-solve-black-hole-jet-mystery
IXPE测量爆炸的恒星残骸
When a massive star collapsed in the Cassiopeia constellation, it generated a supernova explosion with some of the fastest shockwaves in the Milky Way. These speedy shock waves are one of the reasons the Cassiopeia A (Cas A) supernova remnant was chosen to be our Imaging X-ray Polarimetry Explorer’s (IXPE) first observed object. This composite image, made of data from IXPE, the Chandra Observatory, and the Hubble Telescope, shows Cas A. IXPE’s investigation of Cas A from Jan. 11 to Jan. 29, 2022, added crucial information about the behavior of exploded stars’ magnetic fields: scientists found that the magnetic fields in X-rays tend to be aligned in radial, not perpendicular, directions. Polarization data also suggest that these X-rays come from turbulent regions with many different…
IXPE发送第一张科学图片
情人节到来之际，NASA于2021年12月9日发射的X射线成像偏振探测器在完成为期一个月的调试阶段后，首次提供了成像数据。 天文台上的所有仪器都运行良好，该天文台正在研究宇宙中一些最神秘和极端的物体。 IXPE首先将其X射线聚焦在仙后座A上，这是一个由17世纪发现的一颗恒星爆炸后的残骸组成的物体。爆炸产生的冲击波席卷了周围的气体，将其加热到高温，并加速宇宙射线粒子，形成一团在X射线光下发光的云。其他望远镜以前也研究过仙后座A，但IXPE将允许研究人员以新的方式对其进行研究。 这张超新星仙后座A的图像结合了NASA的X射线成像偏振探测器收集的一些第一批X射线数据（以洋红色显示）和来自 NASA钱德拉X射线天文台的高能X射线数据（以蓝色显示）。 影像来源：NASA/CXC/SAO/IXPE 在上图中，洋红色的饱和度对应于 IXPE 观察到的X射线光的强度。它覆盖了来自NASA钱德拉 X 射线天文台的高能X射线数据，以蓝色显示。钱德拉和IXPE配备不同种类的探测器，可捕捉不同级别的角分辨率或清晰度。此图像的附加版本仅显示IXPE数据。这些图像包含1月11日至18日收集的IXPE数据。 这张来自NASA X射线成像偏振探测器的图像描绘了来自天文台第一个目标——超新星仙后座A的X射线强度。颜色从冷紫色和蓝色到红色和热白色，都与X射线的亮度增加相对应。这张图像是利用IXPE在1月11日至18日期间收集的X射线数据制作的。 影像来源：NASA 钱德拉在1999年发射后，它的第一张图像也是仙后座A。钱德拉的X射线图像首次显示，超新星遗迹的中心有一个致密的物体，可能是黑洞或中子星。 仙后座A的IXPE图像与钱德拉拍摄的同一颗超新星遗迹的图像一样具有历史意义。”位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔航天飞行中心的IXPE首席研究员马丁·C·魏斯科夫说。“它展示了IXPE获得关于仙后座 A 的前所未有的新信息的潜力，该信息目前正在分析中。” 科学家将使用IXPE进行的一项关键测量称为偏振，这是一种观察X射线光在穿过空间时如何定向的方法。光的偏振包含了光起源环境的线索。IXPE的仪器还测量来自宇宙源的 X 射线的能量、到达时间和天空中的位置。 罗马国家天体物理研究所（INAF）IXPE的意大利首席研究员保罗·索菲塔说：“仙后座A的IXPE图像美极了，我们期待分析偏振数据，进一步了解这颗超新星遗迹。” 借助仙后座A的偏振数据，IXPE将让科学家们首次看到直径约10光年的超新星遗迹的偏振量如何变化。研究人员目前正在使用这些数据来创建该物体的首张X射线偏振图。这将揭示有关仙后座A是如何产生X射线的新线索。 “IXPE未来的偏振图像应该会揭示这个著名宇宙加速器的核心机制。”斯坦福大学IXPE联合研究员罗杰·罗曼尼说。“为了补充其中的一些细节，我们开发了一种使用机器学习技术使IXPE的测量更加精确的方法。我们期待在分析所有数据时会发现什么。” IXPE由猎鹰9号火箭从卡纳维拉尔角发射，目前在地球赤道上空370英里（600公里）的轨道上运行。该任务是美国宇航局和意大利航天局与12个国家的合作伙伴和科学合作者合作完成的。总部位于科罗拉多州布鲁姆菲尔德的鲍尔航空航天公司负责管理航天器运营。 参考来源： https://www.nasa.gov/mission_pages/ixpe/news/nasa-s-ixpe-sends-first-science-image.html
NASA新的IXPE任务开始科学运作
NASA最新的X射线之眼已经睁开，做好了发现准备！ 在太空中待了一个多月后，成像x射线偏振探测器（IXPE）开始工作，并已经锁定了宇宙中最热、能量最高的一些物体。 IXPE是NASA和意大利航天局的共同努力，是第一个致力于研究来自爆炸恒星和黑洞等物体的X射线偏振的空间天文台。偏振描述了X射线在太空中传播时的方向。 “IXPE 科学观测的开始标志着X射线天文学的新篇章，”位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔航天飞行中心的主要研究员马丁·魏斯科普夫（Martin Weisskopf）说。“有一件事是肯定的：我们可以预料到意想不到的事情。” IXPE于12月9日通过猎鹰9号火箭发射到地球赤道上空370英里（600 公里）的轨道上。12月15日，天文台成功部署了能提供 X 射线聚焦到探测器上所需距离的吊杆。IXPE 团队在接下来的三周里检查了天文台的机动和指向能力，并校准了望远镜。 在这些测试过程中，该团队将 IXPE 指向两个明亮的校准目标：1ES 1959+650，一个由黑洞驱动的星系核心，喷流射入太空；和SMC X-1，一颗旋转的死星，或脉冲星。这两个源的亮度使 IXPE 团队很容易看到 X 射线落在 IXPE 的偏振敏感探测器上的位置，并对小幅校准望远镜。 IXPE的下一步是什么？ 1月11日，IXPE开始观测其第一个官方科学目标——仙后座A（Cassiopeia A，简称Cas A）——这是一颗大约350年前在我们银河系中的超新星中爆炸的大质量恒星的残骸。超新星充满了磁能，将粒子加速到接近光速，使它们成为研究太空极端物理的实验室。 IXPE 将提供有关Cas A磁场结构的详细信息，这些细节无法以其他方式观察到。通过研究X射线偏振，科学家可以计算出其磁场的详细结构以及这些粒子加速的位置。 IXPE对Cas A的观察将持续大约三周。 仙后座：超新星遗迹 影像来源：NASA/CXC/SAO “测量X射线偏振并不容易，”魏斯科普夫说。“你必须收集大量的光，而非偏振光就像背景噪音一样。 检测极化信号可能需要一段时间。” 有关IXPE任务的更多信息 IXPE每天几次向位于肯尼亚马林迪的意大利航天局运营的地面站传输科学数据。数据从马林迪站传输到位于科罗拉多大学博尔德分校大气和空间物理实验室(LASP)的IXPE任务操作中心，然后再传输到位于NASA马歇尔的IXPE科学操作中心进行处理和分析。IXPE的科学数据将在位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的高能天体物理科学研究中心公开。 马歇尔科学运行团队还与LASP的任务运行团队协调，安排科学观测。特派团计划在第一年观察30多个计划目标。这项任务将研究遥远的超大质量黑洞，其高能粒子喷射会照亮其宿主星系。IXPE还将探测恒星质量黑洞周围扭曲的时空，并测量它们的自旋。其他计划目标包括不同类型的中子星，如脉冲星和磁星。科学团队还预留了大约一个月的时间来观察其他可能出现在天空中或意外变亮的有趣物体。 IXPE是NASA和意大利航天局与12个国家的合作伙伴和科学合作者的合作项目。总部位于科罗拉多州布鲁姆菲尔德的鲍尔航空航天公司负责航天器运营。 参考来源： https://www.nasa.gov/mission_pages/ixpe/news/nasa-s-new-ixpe-mission-begins-science-operations.html